探秘“人造太阳”科研项目:人类最理想的洁净能源

张想玲

2016年07月01日08:28  来源:华西都市报
 
原标题:探秘“人造太阳”科研项目:人类最理想的洁净能源

探秘“人造太阳”科研项目:人类最理想的洁净能源

  6月30日,记者探访成都核工业西南物理研究院,见到了“人造太阳”的研究装置。

  本组稿件采写华西都市报记者张想玲

  想象着有一天,当地球资源面临枯竭的时候,人类是否可以使用“人造太阳”来获取能源?

  也许你觉得有些天方夜谭。

  事实上,在成都一个“人造太阳”的科研项目已经取得了重大进展。核心解读

  为何制造人造太阳

  它是人类最理想的洁净能源

  人类为何研制“人造太阳”?专家进行了解释,核能作为一种新型能源被世界各国所关注。核能包含两种方式:核裂变和核聚变。原子弹就是利用的核裂变的原理;氢弹、太阳则是核聚变的原理。“受控核聚变能源”由于其固有的安全性、无污染的优越性、燃料资源丰富等特点,被认为是人类最理想的洁净能源。

  我们所说的“人造太阳”就是“受控核聚变能源”,目前我国的相关研究水平已达国际先进水平。

  核聚变所需要的“氘”(音同“刀”)是氢的同位素,一公升的海水里提取出的氘,完全聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量。科学家初步估计,地球上的海水中蕴藏了大约40万亿吨氘。

  成都的核工业西南物理研究院里,通过给“人造太阳”实验研究装置——中国环流器二号A托卡马克装置不断加热,其内的等离子体电子温度已经“跃升”到5500万℃。

  6月30日,中法联合实验周。来自法国原子能委员会可控核聚变研究所的6人专家团将和核工业西南物理研究院的专家一起,进行一个突破性的实验——高约速模式下一种新型天线(PAM)耦合实验,形象地说,就是设计了一个天线阵列,让微波能够完美耦合进等离子体,从而达到“人造太阳”加热到高温的目的。

  对此,专家解释,人类想和平利用核聚变能,就得实现“受控核聚变”,等离子体温度必须达到上亿摄氏度的高温。这种新型天线实验的成功,将推动成都的“受控核聚变实验研究”进一步向前发展。

  新突破“人造太阳”实验 目标是一亿摄氏度

  此次“中法联合实验周”的工作地点位于西物院。

  这个被称为“人造太阳”的装置究竟长什么样?是否像科幻大片般,一个庞然大物浑身闪烁着各种指示灯?带着疑问和好奇,在西物院副院长段旭如的带领下,穿过控制大厅来到“人造太阳”实验研究装置——中国环流器二号A托卡马克装置的所在大厅。

  中国环流器二号A实验装置呈圆形,整个实验装置几乎填满了这间面积达百平米的大厅,记者走上二楼才从高处看到其全貌。实验装置主体呈圆形,其边缘四周延伸出几个三角形的“角”,形似一颗巨大的五角星。实验装置上写着“中国环流器二号A”一排大字。装置四周密密麻麻摆放着各种不停闪烁指示灯的仪器,一根根的钢管从仪器一直连接到实验装置。

  “这部分设备都为‘人造太阳’服务,主要目的就是让这个实验装置达到高温。”核工业西南物理研究院副院长段旭如介绍说,目前,其内的等离子体电子温度已“跃升”到5500万℃以上,朝聚变装置“点火”所需的上亿摄氏度高温迈进了一大步。“在这台实验装置上,我们进行核聚变等离子体研究,当它的温度达到亿摄氏度以上之后,如等离子体密度足够高,可产生可控的核聚变反应,我们目前还在朝上亿摄氏度的这个目标努力。”

  新装置摆了个“天线阵”助“太阳”产生更大“热浪”

  据介绍,在此次为期一周的“中法联合实验周”里,中法专家将开展在高约速模式下一种新型天线(PAM)耦合实验。该天线是专门为国际热核聚变堆(ITER)设计的低杂波电流驱动的关键部件,“这也是首次在具备偏滤器位形高约速模式运行的受控核聚变装置上进行实验,前期我们精心做了很多准备。”

  新型天线(PAM)耦合实验,究竟是个什么原理?所能起到的作用又是什么呢?对于这些问题,段旭如首先来了一个“人造太阳”加热四种方法的“科普入门课”,“中国环流器二号A这套实验装置被大家形象地称为‘人造太阳’,怎么让这个‘人造太阳’产生五六千万甚至亿摄氏度以上的高温呢?目前,我们的实验共有四种方法,分别是中性束注入系统加热、电子回旋波系统加热、离子回旋波系统加热,而这个新型天线耦合实验就是第四种——低杂波系统加热里的一个关键部件。”

  而对于这个作用于“人造太阳”上的新型天线与我们日常所理解的“天线”有何不同,许敏博士打了个比方,“我们平时的天线是把接收到的波全部发散出去,而这个新型天线则是要收回来以加热等离子体。”核工业西南物理研究院研究员许敏解释说,当低杂波的“旅程”走到环流器二号A的真空壁时,低杂波的前方就是等离子体。“我们希望看到所有的低杂波都继续向等离子靠近、耦合,从而产生高温。但这时,便会有一些低杂波被反射出来。于是呢,我们就在与等离子体只有几厘米的真空壁上,设计了一个天线阵列,尽可能地让所有的低杂波都全部前进,与等离子完美耦合、产生高温。”

  新闻背景

  和平利用核聚变能ITER计划

  中国的一半任务在成都

  人类想和平利用核聚变能,必须实现“受控核聚变”。科学家认识到,采用由前苏联人最初发明的“托卡马克”装置可能是实现可控核聚变的最好装置,“中国环流器二号A”也是“托卡马克”之一。后来,全球科学家催生了建造国际热核实验堆计划(简称ITER计划,在拉丁语里它是“道路”的意思)。

  ITER计划于2006年11月21日签署协议,我国成为ITER计划的七个成员之一,其他是欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国。ITER实验堆建在法国,建造预算约55亿美元;技术方面,中国将承担其中约9%的研发制造任务——这就是核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所等单位科学家承担的任务。其中,位于成都的核工业西南物理研究院承担了其中约一半部件研发的重任。

  按照计划,如果ITER按计划取得成功,预计将在2035年左右建造聚变示范堆(DEMO);有望2050年前后建造第一个商用反应堆,也就是可供商业利用的电站,到时,人们将用上核聚变能。

(责编:易潇、陈键)

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