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材制視角 | 人造太陽的奧秘

2021-02-17 08:18 作者:青春材制 0人讀過 | 我要投稿

初轉(zhuǎn)載于??愛學習的?青春材制?2020-11-06

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　　不知道大家有沒有看過《末世殖民地》這部電影。電影中太陽突然消失，地球滿天大雪，黑暗籠罩大地，萬物凋零，人類住在地下室靠老鼠，蘑菇為食。這一情節(jié)不禁讓人陷入沉思，假如太陽真有一天離我們遠去，我們該如何應對，是像《流浪地球》中一樣孤投一擲去尋找別的太陽系？還是換一種思考方式，造一個新的“太陽”？

　　這樣想法與人造太陽計劃，又叫ITER計劃不謀而合，它旨在解決日益嚴峻的能源不足的問題。1985年，作為結(jié)束冷戰(zhàn)的標志性行動之一，前蘇聯(lián)領導人戈爾巴喬夫和美國總統(tǒng)里根在日內(nèi)瓦峰會上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動"國際熱核聚變實驗堆（ITER）"計劃。ITER計劃的目標是要建造一個可自持燃燒（即"點火"）的托可馬克核聚變實驗堆，以便對未來聚變示范堆以及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。

　　ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應的超導托克馬克（托克馬克裝置又稱環(huán)流器，是一個由環(huán)形封閉磁場組成的"磁籠"。等離子體就被約束在這"磁籠"中，很像一個中空的面包圈,等離子體環(huán)中感生一個很大的環(huán)電流），其裝置中心是高溫氘氚等離子體環(huán)，其中存在15兆安的等離子體電流，核聚變反應功率達50萬千瓦，每秒釋放多達1020個高能中子。等離子體環(huán)在屏蔽包層的環(huán)型包套中，屏蔽包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應所產(chǎn)生的所有中子。作為聚變能實驗堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達837立方米的"磁籠"中，產(chǎn)生50萬千瓦的聚變功率，持續(xù)時間達500秒。

　　雖然這個反應堆不能完全替代太陽，但是這項計劃不僅關系到最終解決人類能源問題，而且還能推進眾多最先進的技術的發(fā)展?！叭嗽焯枴彼a(chǎn)生的資源可以說是無限的，這是因為它主要的反應原料是新的同位素氘和氚以深海里面提取的氘，若全部反應掉，釋放出的能量相當于300升汽油提供的能量，可想而知對我們未來的發(fā)展是很關鍵的。

　　那么， “人造太陽”計劃還要多久才能成功，并為人類造福呢？中國能源網(wǎng)首席信息官韓曉平說：“目前這一工程還面臨很多難以解決的困難，離人類最后的實際利用還有很長的路要走?！币驗楹司圩儠a(chǎn)生非常非常高的溫度，我們有沒有可以耐如此高溫的容器？怎么控制它聚變？一旦控制它了以后，這么高的溫度我們怎么會把這么高的溫度轉(zhuǎn)化成有效的電能？所以：人類最終要解決的還有很多很多的難題。

　　但是，“不管多么險峻的高山，總是為不畏艱難的人留下一條攀登的路。”20世紀90年代，在歐洲、日本、美國的幾個大型托克馬克裝置上，聚變能研究取得突破性進展。不論在等離子體溫度、在穩(wěn)定性及在約束方面都已基本達到產(chǎn)生大規(guī)模核聚變的條件。21世紀初，隨著中國的加入，標志著ITER計劃實質(zhì)上進入了正式執(zhí)行階段。

　　由中國自行設計、研制的世界上第一個全超導托卡馬克EAST核聚變實驗裝置2006年成功完成首次工程調(diào)試，2007年3月通過國家驗收。我們在一些戰(zhàn)略高技術和產(chǎn)業(yè)關鍵核心技術取得重大突破，取得了一批重大原創(chuàng)成果，一些學科領域走到世界前列。

　　據(jù)《科學》報道，今年五月底，耗資250億美元的國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目迎來了重要里程碑時刻。施工人員開始安裝反應堆托卡馬克的首個主要部件。下一步，項目團隊將把低溫恒溫器金屬鋼罐焊接到底座上，之后，他們將陸續(xù)收到中國，韓國、日本等國家交付的零件，開始真空容器的安裝。ITER團隊正努力在2021年底前將ITER的主要部件全部運到施工現(xiàn)場，以便在2025年12月的最后期限到來之前啟動這臺巨大的機器。

　　工程熱物理學家蔡睿賢院士講，在他很小的時候，一些科學家就告訴他，50年后人類就可以使用可控核聚變，但是50年過去了，這些科學家依然跟他說需要50年的時間，也許人類還要繼續(xù)奮斗50年甚至更長的時間。但是，只要這項工程能堅持下去，這種無畏的開拓精神能夠傳承下去。即使這一代科學家們不能完成人造太陽，實現(xiàn)能源的無窮無盡，我們這一代也會堅持下去，爭取為全人類的生產(chǎn)生活，以及大自然的生態(tài)作出偉大的貢獻。

　　最后，引用《流浪地球》中的一句話：無論最終結(jié)果將人類導向何處，我們都決定，選擇希望！