中國核聚變獲重大突破 燃燒溫度比太陽都高破紀錄

2016/12/9 17:23:02

港媒稱，在合肥董鋪水庫一座伸向水中的安靜和風景秀麗的半島上，物理學家最近創(chuàng)造了一項世界紀錄。他們制造出比太陽中心溫度還要高的氫等離子體，并且穩(wěn)定燃燒了1分多鐘。

據(jù)香港《南華早報》12月8日報道，核聚變研究人員讓電離氣體穩(wěn)定燃燒了兩次，持續(xù)時間和四年前用同一座反應堆創(chuàng)造的紀錄一樣長，這座科學島上有中國一些最大型的研究設(shè)備。

EAST（先進超導托卡馬克實驗裝置）大科學工程管理委員會副主任羅廣南教授說，先前的一些聚變實驗持續(xù)了100多秒，但它們就像“騎一匹烈馬”，難以控制不穩(wěn)定的等離子體。不過，8月在EAST上進行的實驗更像是一次盛裝舞步表演，處在被極強電磁場屏蔽的一個環(huán)形室中的等離子體被控制在一種高效穩(wěn)定態(tài)H-mode（高約束模式）。

羅廣南說：“這是一次具有里程碑意義的事件，它增強了人類利用核聚變能的信心。”

物理學家認為高約束模式是未來核聚變電站的最佳工作狀態(tài)，而這1分鐘的突破在很大程度上要歸功于中國政府近年來對聚變研究的大量投資。

雖然仍遠遠達不到使這項技術(shù)商業(yè)化所需的持續(xù)時間——以幾十年而非幾分鐘計，但科學家說，這項突破顯示中國聚變研究的發(fā)展速度把其他國家遠遠落在后面。

報道稱，這還會有助于加快政府批準建設(shè)世界第一座核聚變電站——擬建的中國聚變工程試驗堆（CFETR）——的速度，中國在合肥啟動強流氘氚聚變中子源（HINEG），目標是用核聚變技術(shù)生成世界最強的中子束。

當兩個氫原子核聚合成一個氦原子時就發(fā)生聚變，在這個過程中，少量的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成巨大的熱量。問題是要能控制這一能量。為解決聚變控制問題，世界各地建立了許多聚變實驗裝置，在建的最大設(shè)施——法國的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）預計將在2025年點火，產(chǎn)生第一束等離子體。不過，此類設(shè)備都相對簡單，都不能把聚變能變成電能。

擬建的CFETR將在2030年投入運轉(zhuǎn)，最初的發(fā)電量為200兆瓦，在隨后10年把發(fā)電量提升至1千兆瓦左右，超過大亞灣所有商業(yè)裂變反應堆的發(fā)電量。

中科院知名的聚變研究科學家萬元熙上月在日本京都召開的一次國際聚變科學會議上說，希望CFETR的建設(shè)計劃能在未來5年內(nèi)獲得政府批準。

中央政府的財政支持使EAST團隊能夠在過去幾年進行一系列重大升級，也使在ESAT上的1分鐘H-mode突破成為可能。相比之下，美國麻省理工學院的Alcator C-Mod托卡馬克聚變堆由于美國聯(lián)邦政府削減預算而在9月關(guān)停。該反應堆在運轉(zhuǎn)的23年中曾創(chuàng)下眾多世界紀錄，在運轉(zhuǎn)的最后一天，創(chuàng)下最后一項世界紀錄——最高等離子體壓強。

世界各地的核聚變科學家被中國的資金和機會吸引過來，他們渴望一勞永逸地解決世界能源短缺和環(huán)境污染問題。

許多美國研究人員參與了EAST的1分鐘H-mode實驗。羅廣南說：“近年來在我們進行的每一次實驗中，參與的外國研究人員數(shù)量都經(jīng)常超過100人。”他承認，沒有國際社會的共同努力，中國不會取得這么快的進展。

報道稱，然而，中國的快速發(fā)展引發(fā)其他國家的擔心。它們擔心，如果中國成為第一個實現(xiàn)聚變技術(shù)商業(yè)化的國家，那它將在經(jīng)濟和地緣政治上取得優(yōu)勢。ITER項目的其他6個參與方——日本、韓國、俄羅斯、美國、印度和歐盟——甚至討論要把中國踢出這個項目，因為擔心中國將利用從ITER獲得的知識加快CFETR的建設(shè)速度。

可是，如果沒有中國的支持，被多年的延遲和大大超支困擾的ITER將無法繼續(xù)下去，而且近年來中國在該項目中的影響力顯著提高。ITER的中國籍雇員人員最初在7個參與方中是最少的，如今已經(jīng)是第二多的，僅次于歐盟。

牛津大學基督圣體學院院長、前英國卡勒姆聚變中心主任史蒂文·考利教授說，對其他國家來說，最好的選擇是接受甚至支持中國領(lǐng)導聚變研究。

報道稱，但中國政府可能有其他考慮。雖然尚未公開CFETR項目的估計預算，但建設(shè)一個聚變堆的費用很可能大大超過商業(yè)裂變堆，而且仍存在許多技術(shù)障礙。

例如，最近的EAST實驗不得不中止，因為研究人員擔心實驗時間過長可能對設(shè)備造成無法修復的損傷。