可控核聚变中国取得重大突破美国吹的牛中国负责实现
来源:行业新闻    发布时间:2023-12-27 06:25:11| 阅读次数:518

  可控核聚变,相信我们大家对这个技术一定不陌生,毕竟很多科幻小说中不止一次提到,并且想要成为科幻,实现可控核聚变基本上就是第一道门槛,然而就算可控核聚变是科幻小说当中最平常的设定,却是一座人类难以企及的高峰。

  不过这座高峰,中国的科研人员一直在努力攀登,并且目前已经取得了阶段性的重要成果,甚至最近还一举实现可控核聚变高约束先进控制技术,堪称一项重要的里程碑。这就不禁让人回想起,前段时间,美国多次声称有了最新的突破,但是在可控核聚变的实际应用上,却没能拿出一些实质性的进展,看来这次又是美国吹的牛,中国来负责实现了。

  中国核工业集团最近宣布,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。很多朋友不太理解这个突破有什么意义,而且官方其实低调且委婉,只说了中国在磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列,其实翻译过来就是,这一领域,中国已经领先了世界,并且对可控核聚变的研究,有很重要的意义。

  具体来看,“中国环流三号”其实是一个大型设备,而这里的关键词就是高约束。其实这个高约束是相对于低约束而言的,要想理解什么是高约束,就得先清楚可控核聚变的“点火”。其实这个点火就和我们开车时的点火在原理上相似,也就是说一次点火,车就“着”了 ,但是开过手动挡的朋友都知道,离合放不对了会熄火,而可控核聚变也会“熄火”,那就是维持反应的温度不够的情况下,就会熄火。而高约束就把等离子体电流更强约束在一起,更能够稳定实现可控核聚变所需要的温度,其实这就和氢弹爆发的原理类似,氢弹也需要点火,但是氢弹反应也就是一瞬间,而可控核聚变相当于无数个小氢弹不断爆炸。

  虽说氢弹和可控核聚变反应器在本质上都是核聚变,但是它们的工作原理是天差地别的,首先,氢弹是通过引爆来产生高温、高压环境使得氚-氘混合物达到聚变条件,释放出巨大的能量。这样的一个过程是不可控的,且会产生大量放射性物质。

  而可控核聚变的目标是在一个可控制的环境中进行核聚变反应,以安全、清洁的方式产生能量。这也面临一系列科学和技术难题,比如如何将等离子体长时间稳定约束在磁场中,避免与反应器壁接触;如何将反应器内的温度提高到足够的水平,甚至要突破1亿度,来触发核聚变反应;如何以有效的方式利用生成的能量等。虽然条件苛刻,但是可控核聚变要安全得多,一旦条件不满足就不会发生反应,因此核聚变反应堆安全可控,不存在失控问题。

  那又有朋友提出问题,难道说中国实现了这项突破以后,可控核聚变指日可待了吗?这就要看大家怎么理解“指日可待”了,在可控核聚变这一领域,几十年真的不算太长。目前来看,我国很有希望在本世纪中叶实现核聚变能的应用,也就是说这一段时间定在了2050年左右,这还是不算人类科技可能突然有了爆发,就比如说前段时间韩国团队闹得沸沸扬扬的超导事件,如果说事情还会有反转,一旦是真的,哪怕思路整对了,都将会让人类迈出一大步,甚至有望借助超导技术实现可控核聚变。

  其实超导技术本身就是可控核聚变中的一项关键技术,因为超导磁体是实现核聚变的关键设备,毕竟可控核聚变的环境要求的是,某些材料能在高电流、高磁场、低温度的环境下工作,这些都是超导体具备的特点,所以一旦有某项有关技术的突破,很多之前认为不可能实现的技术,就会像多米诺骨牌一样,接连突破。

  可能大家对于前段时间的一项新闻有印象,那就是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室,突破性地实现了聚变点火,通过将两个轻原子核结合成较重原子核获得巨大能量。

  其实要解读这个事情也不难,甚至美国用到的原理很简单,因为目前来看,实现可控核聚变,最难的也就是两个事情。

  第一:要让聚变反应炉中的温度,要长时间、稳定地超过核聚变的临界温度。要想解决这一个问题,目前的主流观点认为,就是用磁约束核聚变,利用磁场构建出了一个肉眼看不到的、能耐受2亿摄氏度高温的反应炉,这个装置也被称为托克马克装置,然而这种方式,磁场不稳定,且装置的内部会不断受到高温带电粒子的冲击,无法长期稳定运行。

  但是中国这次带来的就是这一问题的解决方案,其实中国也不是突然之间就有了突破,前段时间有个新闻,可能大家都没注意,那就是中核集团的核工业西南物理研究院宣布,造出了全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆(ITER)的核心部件,也就是 ITER “ 防火墙 ” 的增强热负荷第一壁。所以我国能有这样的突破,并不是捡到了什么核心科技,而是不间断地积累不断突破。

  那么前面提到了这是主流观点,那非主流是什么呢,其实正是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室正在做的,美国并没有运用磁约束聚变,而是惯性约束聚变,本质上相当于一场小型氢弹爆炸,所以美国的思路更直接,但是听起来似乎就不太靠谱,虽然美国的思路要想达到2亿度并不难,但是难就难在维持这种核聚变,需要每秒钟引爆10次核聚变,而美国现在只能一天引爆1次,很明显目前来看,这种思路不太能行得通,所以这也是国际上不太认可这种方案的原因。

  不过美国这次实现的聚变点火,也不是一点成果也没拿出,这就要提到核聚变第二个关键的问题了:核聚变实现点火后,怎么保证输出的能量大于输入的能量。

  很多朋友就发出疑问了,难道搞了这么久,都是入不敷出吗?还真是这样的。因为要想达到可控核聚变所需要的温度,人类为启动核聚变,耗费的能量反而更多,前面提到的磁约束聚变,最大的问题也是在这里,因为产生磁场本身就要消耗大量的能量,这比核聚变释放出的能量已经超出了太多。而美国这次弄出的“净能量增益”,难道是解决了这项问题了吗?其实并非是这样的,因为美国看似输入2.05兆焦耳,输出了3.15兆焦耳,但是要获得这2.05兆焦耳前提是用了 300 兆焦的电能,整体一算,亏大了。虽然美国在理论上或者是科研层面有了突破,并无实际应用价值,也就是说,美国还是有些吹牛的嫌疑。

  总的来说,可控核聚变是人类科技发展的一个重要方向,其潜在的巨大能源供应能力足以解决当前人类面临的能源危机。中国在这样的领域的研究取得了重要的突破,有望在未来实现“人造太阳”的理想。

  美国虽然声称在此领域也有所突破,但是实际效果并不理想。而美国总是善于将一些模糊的概念宣传是重大突破,但实际上想要实现还很远。反观我国更加脚踏实地,坚决履行核能发展三步走战略体系:“热堆—快堆—聚变堆”,这无疑告诉我们一个道理,唯有量变才能引发质变,虽然可控核聚变技术的研究必然是一项长期而艰苦的任务,任何一项实质性突破都需要积淀和时间,但是我们期待在不久的将来,中国能够有更多的突破,让可控核聚变技术为全人类提供安全、清洁的能源,同时也将彻底改变我们每个人的生活。