全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

本文為「金十數據」原創文章,未經許可,禁止轉載,違者必究。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

眾所周知,核電已經成為繼高鐵之後又一閃耀世界的「國家名片」。目前我國已經掌握兩種處於世界先進水平的三代核電技術「華龍一號」和「國和一號」;而與當前的核能相比,另一種全新的核能技術——人造太陽,我國也已經走在世界最前列,領先美歐5年以上。接下來就聊一聊人造太陽的那些事。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

人造太陽其實就是模仿太陽內部的工作原理,通過人為可控核聚變來獲得能源造福人類。我們都知道,核裂變和核聚變都會產生巨大的能量,在軍事上,它們分別應用到了原子彈和威力更大的氫彈上。但無論是原子彈還是氫彈,它們的核裂變與核聚變都是不受控制的,一旦突然釋放能量,將造成巨大的災難。

然而,核電發展至今,人類也只掌握了可控核裂變技術,比如我們目前使用的核電站,就是這一技術的實踐,根據國際原子能機構公佈的數據,2019年核電占全球發電量的比重已經接近10%。不難想像,一旦我們掌握了可控核聚變技術,將更大地造福全人類。

實際上,據估算,一升海水提出的聚變能源就相當於300升汽油,全球的聚變原料足夠人類使用上百億年,說白了這是取之不盡用之不竭的能源。還有關鍵的一點是,與核電站產生的放射性物質相比,核聚變產物沒有放射性,是真正安全的清潔能源。因此,人造太陽也被視為進入第四次工業革命的最強大基石之一。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

正是意識到它的重要戰略價值,早在上世紀50年代,美英等國就開始投入巨資進行聚變研究。不過,想要馴服這樣一股巨大的能量談何容易?首先就需要解決「超高溫」、「超高密度」等問題。

比如核聚變產生的等離子體的溫度就超過1億攝氏度,如此高的溫度,任何材料顯然都無法承受。因此上世紀50年代,美國啟動的「舍伍德工程」、英國的ZETA聚變裝置等人造太陽項目,最終試實驗效果都不明顯。

那麼,最後是如何克服這個難題?這就要說到蘇聯科學家薩哈囉夫提出的「托卡馬克」概念了。托卡馬克,俄語意思是「環狀磁容器」,簡單來說就是利用強磁場的作用,使得高溫的離子體都懸浮起來,被約束在環狀腔體內,不與裝置內壁接觸。這個方案早在1958年就被提了出來,但直到上世紀60年代末,它的有效性才得到證實,隨後世界各國便掀起了第二波核聚變研發熱潮,其中美國、歐洲、日本、蘇聯的相關研究走在了前列。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

雖然我國起步也不晚,上世紀70年代我國就已經開始了托卡馬克裝置的研究,但由於當時受限於資金和技術,並沒有取得多大的進展。

到了上世紀80年代,因為意識到要讓核聚變支持發電必須建造更大的托卡馬克裝置,單個國家無法承擔巨額投資,於是在1985年,美國、蘇聯、歐共體、日本「合夥拉網」,共同推出了「國際熱核聚變實驗堆」計畫。然而,因為當時中國經濟、技術落後,美蘇等國根本就不肯帶我們,可見,這個所謂的「國際項目」,也只有強國玩得起。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

那麼,在這樣的大環境下,我們國家又是如何做到後來者居上的?轉折點就出現在上世紀90年代,當時蘇聯解體,俄羅斯願意向我國轉贈超導托卡馬克裝置T-7。當然,我們也回贈了俄羅斯一些生活物資,並非是白拿它的。雖然T-7是前蘇聯的舊物,但經過我國重新設計、改造建成「合肥超環」,我國逐漸掌握了超導托卡馬克技術,同時培養了一批工程師,自此,中國人造太陽的研發開始駛入快車道。

2002年底,我國就完成了中國環流器第二代裝置HL-2A的建設。也就是這一年,因資金、技術等問題導致工期一拖再拖的「國際熱核聚變實驗堆」計畫,開始考慮把中國拉進來。2006年,中國正式簽署協議加入到該計畫中。可以說,這一次,中國是憑實力進去的。

當然,中國一方面參與國際合作,另一方面自己也捋起袖子單幹,可謂雙管齊下,而且更重要的是,中國的單幹一發不可收拾。2007年,世界首個全超導托卡馬克「東方超環」(EAST)正式投入使用,這使我國從「進入國際主流水平」躍進到了「國際先進水平前列」。

全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年

到了2009年,中國環流器二號M裝置也獲得批覆立項。2020年底,該裝置在成都建成並首次實現放電,這標誌著我國自主掌握了大型「人造太陽」的設計、建造、運行的一整套技術。要知道,國際「人造太陽」項目計畫在2025年才獲得第一束等離子體。也就是說,中國的「人造太陽」項目已經甩開國際同行至少5年。

可以說,在「人造太陽」領域,中國已遙遙領先全球,這離不開中國科研工作者的艱苦奮鬥。不過,我們也要意識到,當前我國的「人造太陽」雖已實現放電,但距離實際應用還很遙遠。總之,萬丈高樓平地起,想要馴服這樣一股巨大的能量,中國科研人員仍需努力!

來源:kknews全新核能技術「人造太陽」,下一個能源革命?中國領先美歐5年