我国新一代人造太阳取得重大进展！网友：还有五十年？官方：这次近了好些

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8月25日下午，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。


为实现聚变能源，需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件。磁约束核聚变中的高约束模式（H模）是一种典型的先进运行模式，被选为正在建造的国际热核聚变试验堆（ITER）的标准运行模式，能够有效提升等离子体整体约束性能，提升未来聚变堆的经济性，相较于普通的运行模式，其等离子体综合参数可提升数倍。


可控核聚变作为面向国家重大需求的前沿颠覆性技术，具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势，是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一，对我国经济社会发展、国防工业建设具有重要战略意义。可控核聚变是我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略体系的重要组成部分，是解决国家能源需求、助推“双碳”目标实现、促进能源新体系构建和保障国家能源安全的关键科技变量。在实现百万安培等离子体电流高约束模式运行的基础上，新一代人造太阳“中国环流三号”团队，将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术，实现堆芯级等离子体运行，研究前沿聚变物理，为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定坚实基础。
这则消息下，有网友留言“太阳的距离”，@中国核电 回复称“窗户纸的距离”；夜游网友猜测“还有五十年？”，@中国核电 回复称“这次近了好些”。




“人造太阳”是什么？有什么用？
“人造太阳”的名字从何而来？为什么要研制它？来了解下~
什么是“人造太阳”？
目前人类所用的能源基本上都是由太阳能直接或间接转化而来的，而太阳能则来源于其内部源源不断发生的核聚变反应。


全超导托卡马克核聚变实验装置
EAST主机总体结构示意图
而所谓“人造太阳”就是模拟太阳产生能源的原理，在一定条件下实现可控核聚变的设备，前文所说的全超导托卡马克装置就是属于中国的“人造太阳”。
为什么要研制“人造太阳”？
随着1905年爱因斯坦提出质能方程（E=Mc2），人类开始注意到通过核反应产生的质量改变可以从原子核释放能量，也就是核能。
利用核能产生能量的方式有两种：
一种是核裂变，核裂变反应产生的核能是指通过将一个重原子核分裂成两个或多个中等质量的原子核从而释放结合能，爆炸威力巨大的原子弹就利用了核裂变反应的原理。


苏联在1954年建成了世界上第一座商用核裂变电站，从此人类正式开始了核能的和平利用。相对于传统的化石能源，核裂变能源的产出更加高效，1kg铀-235 全部发生裂变释放出来的能量相当于1900t石油的能量。
然而1986年苏联切尔诺贝利核事故以及2011年的日本福岛核事故，都为核裂变能源的安全性敲响了警钟。
获得核能的另一种途径是利用核聚变，即两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并释放能量。
相比于核裂变，核聚变能源的优势更加明显。
1、过程更安全
实现核聚变的反应条件比核裂变更加苛刻。裂变电站在发生事故后可能仍然可以保持链式裂变反应，即使顺利停堆，其燃料棒仍然可以在较长时间内继续发生裂变反应，且燃料棒内材料长时间的衰变也具有很强的放射性。
而由于产生聚变所需要的外在条件非常苛刻，一旦发生事故，堆芯无法自动维持在聚变所需的高温高约束条件下，聚变反应会马上终止，因此聚变反应堆具有固有的安全性。
2、产物更清洁
核裂变会产生大量的高放射性产物，且有些裂变产物的半衰期很长，而聚变反应所用的都是轻核元素，并不会产生高放射性废料。
3、原料更丰富
目前世界上大部分核裂变反应堆所用的裂变资源是铀-235，然而目前探明的自然界中的铀资源非常有限，而核聚变反应使用的氢的同位素氘，可以从水中提取，1L水中约含有30mg氘，通过聚变反应产生的能量相当于300L汽油的热能。地球上仅海水中就含有45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年。
因此开发核聚变能源，是最有希望彻底解决人类能源问题的出路之一。
今年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。


全超导托卡马克核聚变实验装置EAST
EAST作为国家重大科技基础设施，拥有类似太阳的核聚变反应机制。中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST大科学团队解决了长时间尺度下的等离子体位形约束、高功率射频波加热与电流驱动、等离子体与壁相互作用、关键分布参数的实时诊断等系列前沿物理和技术集成问题。4月12日晚，经过十几年聚力攻关，EAST成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，刷新2017年的101秒世界纪录。


中国“人造太阳”获重大突破。王夙素摄
EAST物理实验取得的系列重大突破，完全验证了EAST全超导托卡马克装置高参数长脉冲稳态运行的能力，进一步验证了未来聚变实验堆高约束模式稳态运行的可行性。同时，也对探索未来聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变能应用具有重要意义。
近年来，在国家发改委、科技部、中科院、基金委等项目资助下，以及安徽省、合肥市、合肥综合性国家科学中心等大力支持下，EAST装置性能不断提升，装置运行区间不断扩展，取得了多项国际托卡马克运行的重大标志性成果。EAST装置取得的系列重大创新成果，为国际热核聚变实验堆ITER运行和我国自主建设运行聚变堆提供了重要的实验基础。
一图看懂“人造太阳”
做这个很难，也很燃！


内容综合自中国核电、人民网、浦东科协、新华社等

来源：https://view.inews.qq.com/k/20230826A07B7W00
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