传说中的人造太阳什么时候能实现?技术上还有哪些不足?
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发布时间:2022-05-25 05:38
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时间:2023-08-15 17:38
从这个高大上的名字就可以看出来:这是一项很高精尖的科技,不是轻易就能完成的。实际上,从1955年钱三强提出这个计划的原型到现在,六十多多年过去了,我们依然还在探索的路上。有一些关键的难题,依旧还等着我们解决。
首先我们要知道:究竟是什么原因导致核聚变难以实现。
那就是对于核聚变的控制。
如果不对核聚变加以控制,任由其肆意进行,那么就会变成氢弹,只能带来灾难。所以,如何约束住核聚变的能量,就是一个问题了。
同时,核聚变的发生,也是一个难关。要知道,原子弹需要TNT烈性炸药来引爆,而引爆氢弹的,是原子弹。想要让核聚变反应发生,需要5000万到1亿摄氏度的超高温。那么问题来了:虽然我们现在把粒子升温到1亿摄氏度并非不可能,但是要用什么来装它们呢?再耐高温的材料,也会被烧成气体啊!
二十世纪五十年代,前苏联科学家提出了一种解决方案,那就是利用电磁学的原理,将反应原料加以束缚。他们根据这个方案的设计装置所包含的部分(“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”)为其命名,这就是托卡马克装置。
托卡马克装置的原理,就是利用强大的磁场,将被升到超高温、处于等离子态的粒子束缚在线圈之间的真空腔内。在这里,粒子会被加速到每秒5公里的速度,从而为核聚变提供条件。由于核聚变反应仅仅发生在真空腔的核心区域,而真空是很难导热的,所以实现了对超高温粒子的约束。即便如此,在真空腔周围,温度依然有上千摄氏度,需要耐高温的材料来制作才行。
但是,这也会带来一个问题:温度越高的粒子,就越不稳定。我们知道,温度是粒子无规则运动剧烈程度的宏观表现。1亿摄氏度,是太阳核心温度的近7倍,因此粒子的运动将极其剧烈。因此,人类虽然可以实现这个温度,却很难将其完美地控制住,这也就是目前全世界托卡马克装置所面临的最大问题之一。
毕竟,我们需要的是一个持续不断功能的核电站,而不是抽风一样隔三差五给一次巨大能量的装置。于是,实现对核聚变反应的控制,成为了所有科学家面临、需要携手攻克的最重要难关。
2006年的时候,国际热核聚变实验堆(ITER)计划正式签署,我国和美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度加入其中。我国的托卡马克装置,叫做全超导托卡马克核聚变实验装置,简称EAST。
令人欣喜的是,在这个方面,我国走在了世界的前列。2017年,EAST实现了长达101.2秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行,这也是全世界范围内第一次实现超过100秒的稳态运行。
不过,我们也要意识到,这个时间长度,也并不是终点。只有一直稳定运行下去,才可能真正实现核聚变发电。为此,我们还有很长的路要走。
除此之外,还有很多问题,需要科学家们解决。我们说了,EAST是超导托卡马克,也就是说要利用超导体。而目前人类发现的超导体,都需要在极低温才会出现。装置外只比绝对零度高几个摄氏度,内部又要达到一亿摄氏度,这个温度差的控制也是极大的挑战。
据中科院万元熙院士介绍,我国计划的第一个原型聚变工程堆的时间点,大约是2050年。也就是说,这还需要30年的时间。看起来,这是一个愚公移山的项目。前人栽树,后人乘凉。为了人类发展事业而奋斗的人们,才是人类真正的英雄。
当然,托卡马克也未必就是可控核聚变反应的唯一解。条条大道通罗马,也许未来的某一天,就会有新的装置可以完美地解决这个问题。而且,即使是在现在,科学家也不止有这一个方案。目前来说,还有一种仿星器装置,虽然还不像托卡马克这么被寄予厚望,但也不能排除它未来逆袭的可能。
总之,人类对于新能源的探索已经刻不容缓。早日实现清洁能源的全面利用,就可以早一天拯救地球于水火之中,也是人类自救的重要一步。
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