? ? 中國網(wǎng)評論員 樂水
近期,中國可控核聚變研究捷報頻傳。繼4月12日中國全超導(dǎo)托卡馬克(EAST)實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行后,8月25日,新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行。高約束模式、403秒、100萬安培……這些關(guān)鍵技術(shù)難題的突破,標(biāo)志著中國核聚變研究向“聚變點火”又邁出重要一步,也意味著人類獲取無限清潔能源的夢想正在照進現(xiàn)實。
能源問題一直是制約人類社會發(fā)展的主要瓶頸之一。今天,全球能源消耗量的82%來自于化石能源,由此產(chǎn)生的溫室氣體排放問題也為全球氣候變暖埋下禍根。另一方面,現(xiàn)有的核電站雖然不會產(chǎn)生溫室氣體,但核裂變反應(yīng)卻可能帶來嚴重的核污染。1986年,切爾諾貝利核電站事故污染的土地面積超過4000平方公里,另有4000多人因核輻射引發(fā)的癌癥和其他疾病去世。當(dāng)下,日本正在排放的核污染水,預(yù)計在1200天之后就會覆蓋整個北太平洋。核污染危害之大令人觸目驚心,因此,廢止核電的呼聲在全世界不絕于耳。
能源問題是一個戴在人類頭上的緊箍咒,而尋找清潔、豐富的能源則成為各國孜孜以求的目標(biāo)??煽睾司圩儽蛔u為清潔能源領(lǐng)域的“圣杯”,由此也被寄予無限期待。與核裂變反應(yīng)不同,核聚變反應(yīng)沒有放射性,自然也就不會產(chǎn)生核污染。而且,核聚變的原料之一氘在海洋中的儲量極其豐富——每公升海水中就含有0.03克氘,在核聚變反應(yīng)中可產(chǎn)生相當(dāng)于燃燒300升汽油的能量。據(jù)稱,一旦可控核聚變技術(shù)獲得突破,地球海洋中的氘可供人類使用100億年。屆時,人類將一勞永逸地解決能源問題。
夢想是遠大的,但道路是曲折的??煽睾司圩兊膶崿F(xiàn)條件極其苛刻:首先,需要制造1億℃以上的高溫環(huán)境,以克服原子核之間的斥力;其次,要保持足夠大的密度,以使原子核之間可以發(fā)生充分的碰撞;最后,還要保證足夠長的能量約束時間,以避免高溫等離子體的能量快速損失。在上世紀50年代,這三個條件被英國物理學(xué)家勞森總結(jié)為著名的“勞森判據(jù)”。根據(jù)勞森判據(jù),只有當(dāng)溫度、密度和約束時間這三個參數(shù)的乘積大于一定值時,核聚變的能量產(chǎn)出才能大于能量損耗,核聚變反應(yīng)才能持續(xù)、穩(wěn)定,也即成功實現(xiàn)“聚變點火”。
如今,中國的可控核聚變裝置已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)1.5億℃的運行,所以滿足第一項條件不成問題。而對于后兩項條件,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)等離子體的密度和能量約束時間恰恰與等離子體的電流成正比。也就是說,等離子體的電流越高,后兩個參數(shù)的乘積越高。經(jīng)推算,100萬安培正是實現(xiàn)“聚變點火”的必要條件。因此可以毫不夸張地說,中國在該關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得的突破,是人類可控核聚變發(fā)展歷程中的一座重要里程碑。
但我們同樣也應(yīng)看到,前方的道路依然漫長?!熬圩凕c火”的最終實現(xiàn),需要集合全人類的智慧與努力。2006年,中國加入“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”,成為理事會的“七方”成員之一。ITER旨在建造反應(yīng)堆級的核聚變裝置,以驗證和平利用聚變能的科技可行性。據(jù)稱,在建的ITER熱核聚變實驗反應(yīng)堆是目前世界上的最大、最復(fù)雜的磁約束核聚變裝置。該裝置已于2020年啟動安裝,并計劃于2025年首次“點火”,2035年開始核聚變實驗。中國承擔(dān)了ITER建設(shè)中約9%的任務(wù),并已成功完成其核心部件“增強熱負荷第一壁”的首件制造,為ITER的順利實施貢獻了“中國智慧”。值得一提的是,此次“中國環(huán)流三號”在取得技術(shù)突破的同時,也為ITER驗證了高約束運行模式的可行性。
核聚變行業(yè)曾經(jīng)流傳著一個“50年魔咒”,即人類距離使用核聚變能永遠“還要50年”??扇缃?,隨著人類對于核聚變技術(shù)的認知愈加全面,一個又一個技術(shù)難關(guān)正在被攻克。尤其是ITER建設(shè)的有序推進,讓可控核聚變的商業(yè)化應(yīng)用時間表逐漸清晰。中核集團核聚變堆技術(shù)領(lǐng)域首席專家段旭如曾向外界預(yù)測,到2050年左右,人類或?qū)⒄嬲褂蒙虾司圩兡茉?。以此來看,人類正在走出?0年魔咒”,無限清潔能源之夢,有望在可預(yù)見的未來變?yōu)楝F(xiàn)實。而中國正在為實現(xiàn)這個偉大夢想按下“加速鍵”。
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