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中國核聚變突破性進(jìn)展

2022-11-04 11:35  來源: 嘿嘿能源heypower  瀏覽:  

最近,中國核工業(yè)集團(tuán)公司(CNNC)宣布,中國的“人造太陽”HL-2M托卡馬克創(chuàng)造了新的運(yùn)行記錄,其等離子體電流超過100萬安培(1兆安培),“標(biāo)志著向聚變點(diǎn)火邁出了重要一步”。
 
1、核聚變

萬物生長靠太陽。支撐人類社會(huì)發(fā)展的一切能量來自太陽,而太陽的能量則來自核聚變。
其實(shí),核聚變并不神秘,只要將氫的同位素氘和氚的原子核無限接近,使其發(fā)生聚變反應(yīng),就能釋放出巨大能量。
然而,原理看似簡單,但要讓聚變反應(yīng)持續(xù)可控,可以說難于上青天。
要實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng),必須滿足三個(gè)苛刻條件:一是溫度要足夠高,使燃料變成超過1億℃的等離子體;二是密度要足夠高,這樣兩原子核發(fā)生碰撞的概率就大;三是等離子體在有限的空間里被約束足夠長時(shí)間。
這就是聚變界通常所說的“三乘積”中的要素——離子溫度、密度和能量約束時(shí)間。
2、中國環(huán)流

HL-2M(中國環(huán)流器二號M裝置)由中核集團(tuán)位于四川省成都的西南物理研究所(SWIP)自主設(shè)計(jì)和建造,于2019年11月完工,并于2020年12月實(shí)現(xiàn)首次等離子體放電。
中核集團(tuán)表示,等離子體電流強(qiáng)度是托卡馬克的關(guān)鍵參數(shù),HL-2M托卡馬克現(xiàn)在的等離子體電流強(qiáng)度超過2.5兆安培,在體積超過1兆安培的條件下運(yùn)行平穩(wěn)。
SWIP聚變科學(xué)中心副主任、HL-2M實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人鐘武在接受《科技日報(bào)》采訪時(shí)表示:“這一突破,標(biāo)志著中國在核聚變研究與開發(fā)中向聚變點(diǎn)火邁出了重要一步。”
該托卡馬克在2021年12月實(shí)現(xiàn)了1,056秒的連續(xù)高溫等離子體運(yùn)行,這是當(dāng)時(shí)世界上同類裝置運(yùn)行時(shí)間最長的一次。

SWIP作為中國受控核聚變研發(fā)的核心機(jī)構(gòu),是中國參與國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)的重要支持機(jī)構(gòu),開發(fā)了各種類型的磁約束聚變裝置。
中國于20世紀(jì)60年代開始核聚變研究,中國可控核聚變研究與世界幾乎同步。自1955年錢三強(qiáng)、李正武等老一輩科學(xué)家提議開展“可控?zé)岷朔磻?yīng)”以來,取得了一系列重要科研成果。

1954年,世界上第一個(gè)托卡馬克裝置由蘇聯(lián)建成。1984年,中國自主建造第一個(gè)托卡馬克裝置HL-1(中國環(huán)流器一號),是中國核聚變反應(yīng)研究的一個(gè)重要里程碑,標(biāo)志著我國核聚變研究由技術(shù)跟蹤變?yōu)榇笮蛯?shí)驗(yàn),為中國自主設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行核聚變裝置提供了經(jīng)驗(yàn)。
1990年代,中國建成HL-1M (中國環(huán)流新一號),2002年12月,中國利用德國贈(zèng)送的一套退役裝置,建成HL-2A(中國環(huán)流器二號A),HL-2A是目前在中國運(yùn)行的三大國產(chǎn)托卡馬克之一。
另外兩臺(tái)是位于合肥的中國科學(xué)院物理科學(xué)研究所(ASIPP)的實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克(EAST)和華中科技大學(xué)(HUST)的J-TEXT。
3、HL-2M

HL-2M是中國先前型號HL-2A的升級版,HL-2M裝置的建造,是為了研究未來聚變堆相關(guān)物理及其關(guān)鍵技術(shù),研究高比壓、高參數(shù)的聚變等離子體物理, 為下一步建造聚變堆打好基礎(chǔ)。
在高比壓、高參數(shù)條件下,研究一系列和聚變堆有關(guān)的工程和技術(shù)問題。瞄準(zhǔn)和ITER物理相關(guān)的內(nèi)容,著重開展和燃燒等離子體物理有關(guān)的研究課題,包括等離子體約束和輸運(yùn)、高能粒子物理、新的偏濾器位型、在高參數(shù)等離子體中的加料以及第一壁和等離子體相互作用等。
“對于中國人來說,若要在ITER上發(fā)揮更多作用,像HL-2M這樣高參數(shù)運(yùn)行的裝置不可或缺,一方面支撐ITER,為ITER開展預(yù)先研究、并探索相關(guān)物理與工程問題,另一方面就是作為我國可控核聚變?nèi)瞬排囵B(yǎng)的重要平臺(tái)。這是承上啟下的重要一步,不可逾越。”劉永說道,“通常像HL-2M這樣的高參數(shù)運(yùn)行裝置,可被稱為ITER‘衛(wèi)星’。而全世界正在運(yùn)行的稱得上ITER‘衛(wèi)星’的科學(xué)裝置不多。HL-2M名副其實(shí)。”
劉永是中核集團(tuán)核西物院HL-2M負(fù)責(zé)人。

2022年12月4日14時(shí)02分,HL-2M在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電,標(biāo)志著中國自主掌握了大型先進(jìn)托卡馬克裝置的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行技術(shù),為我國核聚變堆的自主設(shè)計(jì)與建造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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