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科普动态

中科院:“人造太阳”研究之路

文字:[大][中][小] 2016-11-25    浏览次数:2391    


  太阳每日东起西落,普照大地,孕育自然万物,其能量源自其内部时刻不停的核聚变反应。当科学家们了解核聚变原理之后便产生了一个梦想:如果在地球上建造一个“人造太阳”,则可源源不断为人类提供清洁能源,造福子孙后代。

  托卡马克:“人造太阳”点燃人类未来能源的希望之光

  尽管人类已实现不受控制的核聚变,如氢弹爆炸,但要想让聚变能量被有效利用,就要实现可控核聚变。20世纪50年代,苏联科学家提出了磁约束的概念,并建成了一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器装置,称为托卡马克(Tokamak)。它的名字来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka),是俄语“磁线圈环形真空室”的缩写。

  托卡马克是一种环型装置,真空腔室外面缠绕着布置复杂的导体线圈,通入上万安电流时真空腔室内部会产生巨大的螺旋型磁场,通过驱动导体线圈和外部辅助加热装置大功率共同加热,创造了实现氘核聚变的强磁场和超高温环境,并实现人类对聚变反应的控制。核聚变能与太阳产生能量的方式相同,因此受控热核聚变实验装置被人们称为“人造太阳”。

  EAST装置:突破难题填补空白  国际上开放共享的研究平台

  由中科院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的EAST装置是世界上第一个非圆截面全超导偏滤器位形托卡马克。它集超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空5个极限于一身。其独有的非圆截面、全超导及主动冷却内部结构三大特性,为受控核聚变相关的前沿物理问题研究,为未来稳态、安全、高效的商业聚变堆提供了物理和工程技术基础。

  历经八年,克服重重困难,EAST于2006年建成并成功运行。一些独创的技术得到国际同行的赞赏和借鉴。至今已开展了10轮物理实验,总放电超过64000次,先后创造多项托卡马克运行的世界纪录。近年来,每年上千人次国外科学家在EAST上开展合作研究,EAST已成为国际上重要的聚变研究实验平台。由17位国际著名核聚变专家组成的EAST国际顾问委员会评估认为EAST必将对国际热核聚变实验堆(ITER)计划及下一代聚变装置产生更多世界级的、独一无二的贡献。

  参与ITER突破ITER:走中国核聚变研究之路

  由欧盟、美、日、俄、中、韩、印七方共同承担的ITER计划,是全球规模最大、影响最深远的国际科技合作项目之一。等离子体所作为ITER计划中国工作组主要依托单位,通过国际竞争承担了ITER多项高难度核心任务,实现ITER大电流超导导体100%中国制造,产品质量100%满足要求,进度位列七方前列。

  等离子体所在参与ITER计划的同时,还积极参与、推动我国未来聚变工程实验堆(CFETR)建设工作。CFETR是真正利用核聚变燃料进行发电的工程实验堆,是实现聚变能商用化的重要步骤。等离子体所通过多年的拼搏与实践,培养了大批优秀的科学研究与工程技术人才,积累和掌握了一系列聚变研究核心技术,有基础、有能力建设我国聚变工程实验堆。目前,在科技部组织下,等离子体所参与CFETR设计与预研,并取得一系列进展。

  人类能否实现“人造太阳”的梦想?科学家们相信一定能!人类社会的发展始终离不开能源的使用,化石能源的使用终将过去而新能源的运用必然到来。虽然核聚变能研究还有很多难题需要破解,但等离子体所的科研团队始终坚守新能源梦想,并为之奋斗不息,希望在不久的将来,地球上会亮起一盏用聚变能点亮的灯!(来源:《紫光阁》杂志2016年第9期)


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