“人造太阳”亮相在即!在地球上“种太阳”现实吗
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“人造太阳”2020年12月,国际热核聚变实验堆(ITER)即将投入试运行。这个有“人造太阳”之称的项目其实就是一个大规模的反应装置——“托卡马克”。我国在该项目中担任众多核心部件的制造以及其他工作。未来,人类或许可以实现在地球“种太阳”的梦想。目前。太阳系内的这颗恒星正处在壮年,未来还有几十亿年的寿命,人类为什么还要再制造一个“太阳”呢?
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众所周知,人类的生存离不开各种能源,然而地球上的能源毕竟是有限的,比如煤、石油、天然气等。为了解决这个问题,人类积极的开发各种新型能源,比如风能、水能、太阳能等。其中太阳能是最不受限制、且无污染的人类未来主流能源之一。“”简单的说,就是建造一个模拟太阳释放能量的装置,永久地解决人类能源短缺的问题,ITER项目就在这样的设想下诞生。“人造太阳”的原理是什么?我们知道,太阳产生的能量是来自于其内部的核反应,这种反应有两种形式:核裂变和核聚变。
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核聚变的两种形式核裂变又称核分裂,是由一个重的原子核分裂为多个轻的原子核的反应过程,像原子弹、核能发电厂等使用的就是核裂变。值得一提的是,核裂变的原料铀元素十分的稀缺,并且对人类危害大具有很强的放射性。核聚变又称热核反应,是由两个质量轻的原子核在一定的条件下“聚合”成为一个重原子核的反应过程。因为能量是守恒的,所以“消失”的质量就会转变成巨大的能量。根据科学家的研究表明,核聚变产生的能量比核裂变更高。而且核聚变的主要原料元素是无穷无尽的,它通常以形式广泛存在于海水与普通水中。并且核聚变反应极少产生放射性废物,仅有一些无毒无害的惰性气体氦。
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“人造太阳”的工作原理就是稳定可控的核聚变技术。目前,核聚变中的部分技术已经广泛应用到人们日常生活中,比如微波技术、核磁共振以及病菌灭活等等。另外像氢弹这种不受控制的核聚变技术人类也已经掌握。然而可控的核聚变技术我们却尚未了解透彻,它有些类似于复仇者联盟中钢铁侠胸口的能量块。
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钢铁侠因为核聚变反应装置需要满足高温、高压、稳定约束时间以及高约束的有限空间等条件。但以人类目前的科技水平要做到这些很难,其中温度就是我们攻克不了的难题。核聚变的基本要求就是温度,想要原子核和电子自由移动并且相互碰撞需要在约上亿的高温下才能进行,所以超高温材料成为人类目前最大的阻碍。为了解决这个难题,科学家们提出了两种办法。第一、惯性约束聚变。这种方法是将极少的氘和氚的混合体放入小空间内,让它们在超强激光束的作用下产生急剧的高温而后爆炸生成大量热能。但以人类目前的科技而言很难实现。
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第二、"托卡马克"型磁场约束聚变。这个方法是利用电流产生的强大磁场约束离子体,避免科技制造高温的难题,所以目前世界上大多数可控核聚变装置都使用的这一办法。目前世界上比较有名的"托卡马克"装置为:实验室的克利奥(Cleo)由仿星器-C改建成的ST Tokamak法国冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak的Pulsator Tokamak美国的奥尔马克托卡马克中国的“人造太阳”已经走上轨道1971年12月批准建设的中国环流器一号(HL-1),是我国第一个自主设计研制的大型"托卡马克",同时也是国际上第一个中等规模的"托卡马克",是我国在受控核聚变研究历史中的重大里程碑。
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中国环流器一号(HL-1)装置之后环流器新一号(HL-1M)以及环流器二号A(HL-2A)也相继诞生。2006年9月28日,全球首个非圆截面全超导"托卡马克"EAST(HT-7U)在中国合肥建成并运行。它是我国自行设计、研究并建造的新一代热核聚变装置,并且EAST还创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录。2020年12月4日,我国新一代“人造太阳”—— “环流器二号M”(HL-2M)在成都建成,与之前的装置相比,HL-2M拥有更先进的控制方式和结构。
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