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1.2億攝氏度!101秒!中國“人造太陽”創紀錄,但仍可能受限於美國!

5月28日,中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創造新的世界紀錄,成功實現可重複的1。2億攝氏度101秒和1。6億攝氏度20秒等離子體執行,向核聚變能源應用邁出重要一步。

1.2億攝氏度!101秒!中國“人造太陽”創紀錄,但仍可能受限於美國!

此次中國“人造太陽”實驗將1億攝氏度20秒的原紀錄延長了5倍,重新整理世界紀錄,意味著人類讓核聚變成為取之不竭用之不盡清潔新能源的努力,又取得了一次突破性進展。

隨著社會經濟對能源的需求越來越大,同時疊加溫室氣體造成的氣候危機越演越烈,核聚變成為了解決人類未來能源的終極目標,各國都紛紛在研究“人造太陽”計劃,其中美國、韓國等發達國家起步更早。

比如,早在2018年,美國麻省理工學院等離子體科學與核聚變中心,就開始設計建造先進的聚變反應堆SPARC;而2020年12月28日,韓國“人造太陽”創造當時新的世界紀錄,其離子體在超過1億攝氏度下維持了20秒鐘。

而這一次,中國研究人員實現了1。2億度101秒等離子體執行,把2020年“韓國太陽”創造的世界紀錄提高了5倍,這充分說明中國在EAST裝置綜合研究能力上又有了重大突破,也向獲得核聚變能源又邁出了重要一步。未來如果實現“人造太陽”產能和供能,對於整個人類世界將是比工業革命更能推動社會進步的又一次科技革命。

1.2億攝氏度!101秒!中國“人造太陽”創紀錄,但仍可能受限於美國!

但是,這只是“核聚變能源應用”這條萬里長征的第一步——透過這次實驗,離可控核聚變肯定是更近了一步。但是,離實現還是路漫漫的。判定核聚變有一個著名的判據:勞遜判據。簡而言之,就是核聚變發電能否實現,主要看等體溫度,密度,和能量約束時間三項。現在這次實驗,不論是溫度還是能量約束時間,相對EAST來說都是非常高的,可以說是比較關鍵的一步。當然,也還是不太夠的,密度現在也遠遠不夠,在10的19這個量級。所以,意義肯定是重大的,但離實現真正的“核聚變能源應用”路途還很遙遠!

1.2億攝氏度!101秒!中國“人造太陽”創紀錄,但仍可能受限於美國!

那我們到底什麼時候能夠真正應用“核聚變發電”?有人說當前在這上面的的鉅額投入99%將被浪費,畢竟日常試驗失敗的機率遠大於成功,這次的成功人盡皆知,但在這背後有成千上萬大大小小的實驗失敗,那這樣的投入值得嗎?

答案肯定是值得的,聚變的意義不是錢可以衡量的,因為錢只是價值的一般等價物,沒有國家的生產力作背書,將毫無意義。而核聚變是真正能產生巨大價值的專案,甚至稱得上賭國運,現代為何越來越卷,恐怕是因為生產力的提升方式已經用的差不多了,從增量轉存量,不得以才卷的,如果有新的增量,就會顯著好轉,而聚變就是這個巨大的增量。所以,各位,要是期待房價降下來,恐怕還得核聚變。那麼什麼時候,核聚變才能實現呢?沒有人能準確預知,但相信在50年之內或許將有可能實現。

那接下來我們面臨的困難有哪些?

困難很多,包括理論上和實際上的困難都有,主要是實踐上。聚變裝置,越大,越有利於反應控制。但是,越大,工程難度也越大。其次,是磁場,託卡馬克採用磁約束,磁場強度是核心關鍵量,磁場越大,越能約束更好的等體,然後常態穩定的強磁場,仍舊難以獲得。再次,是加熱,現在使用的加熱方式,有歐姆加熱,波加熱,中性束加熱等方式,都有優點,也都有侷限,要更高的等體溫度,恐怕還得再研究。之後,是第一壁,雜質等。第一壁直接面對等體,到目前為止,什麼是最好的材料還沒有定論。而雜質種類眾多,如何除雜難有定論。最後,還有許多等體內的理論問題,如邊界不穩定性,熱輸運,模式轉換等,不一而足,可見還有許多路要走啊。

路漫漫其修遠兮,我們唯有奮鬥!

(注:以上觀點素材部分引自知乎使用者“閻某某”)

另外,關於“人造太陽”對中國來說還有一則“不利”的訊息——

眾所周知,“人造太陽”的熱核聚變產生的等離子體溫度超過1億攝氏度,即便這些高溫離子體都懸浮起來,不與反應艙內壁接觸,但也要求內壁需要承受極高的溫度。而我國科學家自主研發出的“人造太陽第一壁”,其直接面對高溫聚變材料的內壁部分,所用的材料便是經過特殊處理的高純度鈹,這種材料具有非凡的隔熱效果,為熱核聚變實驗築起一道“防火牆”。由於鈹的核效能好,在核電工業中,它還扮演著很多重要角色,比如作為原子核反應堆的“中子減速劑”,確保核裂變正常進行;用鈹的氧化物製造中子反射層等。

但問題是,在這種重要金屬資源的供應上,美國佔有巨大的優勢地位。從儲量來看,據美國地質調查局公佈的資料,截至2016年,全球的鈹儲量為10萬噸,其中美國就有6萬噸,佔了全球儲量的60%。從產量來看,美國還是世界第一。2019年,全球鈹產量為260噸,其中美國的產量就達到170噸,佔全球的比重約為65%。

中國呢?中國當年的產量只有70噸,這點產量還不夠自己用。隨著我國航空航天、核電以及電子電器等產業的快速發展,鈹消費量也隨之大幅增加。比如2019年我國的鈹需求量就達到81。8噸,比上年增加了23。4噸,供不應求的情況凸顯!

1.2億攝氏度!101秒!中國“人造太陽”創紀錄,但仍可能受限於美國!

當然,我們也不用過度悲觀,中國的鈹資源雖然沒有美國多,但還算豐富。2015年,我國公佈的鈹資源基礎儲量就達到3。9萬噸,位居世界第二。只不過,我國的鈹礦品味偏低、開採成本相對較高,而且當前開採冶煉技術與美國相比還稍遜一籌,相信隨著國內產業同仁的不斷努力突破技術,我國的鈹產業會逐漸趕上世界先進水平,為“人造太陽”奠定良好的發展基礎!

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