“种个太阳”,有多难?
昨天,中国可控核聚变技术取得重大进展,新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破一亿度,综合参数大幅跃升。
中国“人造太阳”实现双亿度,简单解释一下,就是可控核聚变装置中的电子和原子核温度同时突破1亿度。
电子温度达到1.6亿度,原子核温度1.17亿度,电子可以把能量传递给原子核,提高整个离子流的温度 。
大家都知道,核聚变容易,“可控”难。
核聚变其实就是要用高温高压把不同原子核“压”到一起去,聚变出新的元素。
氢弹就是核聚变,但它是靠裂变向心核爆造成的高温高压来推动聚变的,那是一锤子买卖,能量瞬间爆发,爆完就没了 ,不可控;太阳这样的恒星其实就是个巨型可控核聚变反应堆,恒星有着巨大的质量,所以它内部有着极高的温度和压力,源源不断的核聚变水到渠成。
可控核聚变,可以看做是创造一个“人造太阳”,我们需要用极高的温度和极强的约束力来保证这个“太阳”内长期的高温高压,并且能够源源不断输出能量。
可控核聚变也可以比做“炼丹”,古代炼金神话中,把不同的元素丢进炼丹炉 ,最后能够炼出“金丹”,需要极高的温度(三味真火),需要极强的容器(九宫八卦炉)……所以,可控核聚变,温度是关键,容器更是关键。
可控核聚变理论中有个“聚变三乘积”,燃料等离子温度、等离子体密度和能量约束时间,这三项参数的乘积达到一定数值就可以实现核聚变反应,首先需要上亿摄氏度的高温,因为只有温度特别高,原子核才会‘跑’得更快。其次是等离子体的密度要足够高,这样原子核之间碰撞发生聚合反应的概率就会提高。最后要长时间地控制住这些原子核,要将高温高密度的核反应条件维持足够长的时间。只有这样才能够使核聚变发生并且持续下去。
咱们的可控核聚变研究取得了大量高新技术成就——1、自主研制的高功率微波回旋管成功投入运行,最高注入功率达 2.5MW,掌握了稳定获得电子内部输运垒的控制技术,实现电子温度 1.6 亿度。2、是建成并投运 2 套具有完全自主知识产权的高功率中性束注入加热系统(提升原子核温度的核心设备),单条束线最大功率达 7 兆瓦。3、成功突破高压电源的多项核心技术,自主研制的高压电源最高可实现 120kV 的直流输出,精度优于 1%。
其实就在今年年初的时候,中国的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)就实现了上亿摄氏度、持续1066秒的稳态高约束模等离子体运行;现在“中国环流三号”又实现了“双亿度”。
这意味着咱们已经跨过了温度和约束时间的壁垒,可以进行燃烧实验了……目前,全世界能够做燃烧实验的国家,只有我们了。
说得更明白一点,前期试验已经完成,不久之后,咱们可以尝试搭建“炼丹炉”(聚变反应堆)了。