中国的“人造太阳”首次实现近10秒的1亿度运行

资料来源:中国展望 记者| Xi京华

中国的“人造太阳”又取得了突破。

4月2日，据央视新闻报道，近日，位于中国科学仪器城的“东方超级环”等离子体中心的电源温度，首次实现了近10秒的1亿摄氏度运行。

“东方超级环”是一个全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”。该装置由中国科学院合肥材料科学研究所等离子体物理研究所自主研发。它是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克装置，也是中国第四代核聚变实验装置。

人类发展核能有两种主要方式——重元素裂变和轻元素融合。人类利用核裂变原理建造了数百座核电站，但核聚变的使用却远远落后。

“人造太阳”的科学目标是使海水中丰富的氘和氚像太阳一样在高温高密度条件下进行核聚变，从而为人类提供源源不断的清洁能源。这被认为是进入第四次工业革命的最强大的基石之一。

科学家估计，一升海水含有0.03克氘，产生的聚变能相当于300升汽油。海水中有超过450万亿吨的氘，释放的能量足够人类使用数亿年。

更重要的是，核聚变反应的产物是氦和中子，它们不产生任何有害物质，可以称之为完全清洁的能源。

然而，“人造太阳”至少可以满足“极高温度”和“充分约束”两个苛刻条件，以实现可持续核聚变反应并被人们所利用。

中国国际核聚变能源项目执行中心主任罗德龙公开表示，聚变反应发生时，氘和氚的温度必须达到5000多万摄氏度。此外，在聚变反应充分发生和释放足够的能量之前，高温等离子体可以保持相对长的时间。

2017年7月，“东方超级周期”在世界上首次实现了5000万度连续等离子体放电101.2秒的高封闭运行，时间跨度从60秒到100秒，创下了核聚变的世界纪录。

2018年11月，“东方超级环”首次实现了10兆瓦以上的加热功率，等离子体储能增加到300千焦。在电子回旋加速器和低杂波的协同加热下，等离子体中心的电子温度首次达到1亿度，获得的实验参数接近聚变堆未来稳态运行模式所需的物理条件。

与2018年1亿度的第一次气温相比，“东方超级环”在近10秒内保持了1亿度，这是又一次重大突破。

除了“东方超级环”，CNNC核工业西南物理研究所建造的新一代受控核聚变研究设施“中国环行器二号M”也在建设中。该设备预计将于今年投入使用。

该装置采用了更先进的结构和控制方法，等离子体温度有望超过2亿摄氏度。

国际社会也在建造一个更大的“人造太阳”。该项目总投资约150亿欧元，被称为国际热核聚变试验堆(ITER)，是世界上最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。

1988年，ITER由包括美国、苏联、欧洲共同体和日本在内的七个政党联合发起。目标是在法国共同建造一个超导托卡马克聚变试验堆，分为四个阶段:建造、运行、停堆和退役。

2003年，中国加入了ITER。2008年，中国全面实施ITER计划，承担了约10%的研发和制造任务。

2016年4月，中国承担了第一个超大型部件的生产和设计，这是第一个脉冲高压变电站的主变压器，该变压器被运往法国，在那里建造了ITER设施。

同年12月，由核公司西南物理研究所自主研发制造的第一个超热负荷墙体原型——国际热核聚变堆芯组件，首次获得权威机构的国际认证。

2018年1月，中国通过公开招标完成了ITER项目首台核压力设备的制造。四个不锈钢蒸汽冷凝罐(VST)被运往法国。

根据ITER计划的部署，2007-2025年是建设阶段；2026-2037年是运营阶段；2037-2042年是失活阶段，核聚变能源的商业应用有望在2050年左右实现。