中國(guó)核聚變獲重大突破 燃燒溫度比太陽(yáng)都高破紀(jì)錄

2016/12/9 17:23:02

港媒稱(chēng)，在合肥董鋪水庫(kù)一座伸向水中的安靜和風(fēng)景秀麗的半島上，物理學(xué)家最近創(chuàng)造了一項(xiàng)世界紀(jì)錄。他們制造出比太陽(yáng)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(bào)》12月8日?qǐng)?bào)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(shí)間和四年前用同一座反應(yīng)堆創(chuàng)造的紀(jì)錄一樣長(zhǎng)，這座科學(xué)島上有中國(guó)一些最大型的研究設(shè)備。

EAST（先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置）大科學(xué)工程管理委員會(huì)副主任羅廣南教授說(shuō)，先前的一些聚變實(shí)驗(yàn)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(guò)，8月在EAST上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)更像是一次盛裝舞步表演，處在被極強(qiáng)電磁場(chǎng)屏蔽的一個(gè)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(shuō)：“這是一次具有里程碑意義的事件，它增強(qiáng)了人類(lèi)利用核聚變能的信心。”

物理學(xué)家認(rèn)為高約束模式是未來(lái)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?dú)w功于中國(guó)政府近年來(lái)對(duì)聚變研究的大量投資。

雖然仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化所需的持續(xù)時(shí)間——以幾十年而非幾分鐘計(jì)，但科學(xué)家說(shuō)，這項(xiàng)突破顯示中國(guó)聚變研究的發(fā)展速度把其他國(guó)家遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面。

報(bào)道稱(chēng)，這還會(huì)有助于加快政府批準(zhǔn)建設(shè)世界第一座核聚變電站——擬建的中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）——的速度，中國(guó)在合肥啟動(dòng)強(qiáng)流氘氚聚變中子源（HINEG），目標(biāo)是用核聚變技術(shù)生成世界最強(qiáng)的中子束。

當(dāng)兩個(gè)氫原子核聚合成一個(gè)氦原子時(shí)就發(fā)生聚變，在這個(gè)過(guò)程中，少量的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成巨大的熱量。問(wèn)題是要能控制這一能量。為解決聚變控制問(wèn)題，世界各地建立了許多聚變實(shí)驗(yàn)裝置，在建的最大設(shè)施——法國(guó)的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）預(yù)計(jì)將在2025年點(diǎn)火，產(chǎn)生第一束等離子體。不過(guò)，此類(lèi)設(shè)備都相對(duì)簡(jiǎn)單，都不能把聚變能變成電能。

擬建的CFETR將在2030年投入運(yùn)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(guò)大亞灣所有商業(yè)裂變反應(yīng)堆的發(fā)電量。

中科院知名的聚變研究科學(xué)家萬(wàn)元熙上月在日本京都召開(kāi)的一次國(guó)際聚變科學(xué)會(huì)議上說(shuō)，希望CFETR的建設(shè)計(jì)劃能在未來(lái)5年內(nèi)獲得政府批準(zhǔn)。

中央政府的財(cái)政支持使EAST團(tuán)隊(duì)能夠在過(guò)去幾年進(jìn)行一系列重大升級(jí)，也使在ESAT上的1分鐘H-mode突破成為可能。相比之下，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Alcator C-Mod托卡馬克聚變堆由于美國(guó)聯(lián)邦政府削減預(yù)算而在9月關(guān)停。該反應(yīng)堆在運(yùn)轉(zhuǎn)的23年中曾創(chuàng)下眾多世界紀(jì)錄，在運(yùn)轉(zhuǎn)的最后一天，創(chuàng)下最后一項(xiàng)世界紀(jì)錄——最高等離子體壓強(qiáng)。

世界各地的核聚變科學(xué)家被中國(guó)的資金和機(jī)會(huì)吸引過(guò)來(lái)，他們渴望一勞永逸地解決世界能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題。

許多美國(guó)研究人員參與了EAST的1分鐘H-mode實(shí)驗(yàn)。羅廣南說(shuō)：“近年來(lái)在我們進(jìn)行的每一次實(shí)驗(yàn)中，參與的外國(guó)研究人員數(shù)量都經(jīng)常超過(guò)100人。”他承認(rèn)，沒(méi)有國(guó)際社會(huì)的共同努力，中國(guó)不會(huì)取得這么快的進(jìn)展。

報(bào)道稱(chēng)，然而，中國(guó)的快速發(fā)展引發(fā)其他國(guó)家的擔(dān)心。它們擔(dān)心，如果中國(guó)成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)聚變技術(shù)商業(yè)化的國(guó)家，那它將在經(jīng)濟(jì)和地緣政治上取得優(yōu)勢(shì)。ITER項(xiàng)目的其他6個(gè)參與方——日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、印度和歐盟——甚至討論要把中國(guó)踢出這個(gè)項(xiàng)目，因?yàn)閾?dān)心中國(guó)將利用從ITER獲得的知識(shí)加快CFETR的建設(shè)速度。

可是，如果沒(méi)有中國(guó)的支持，被多年的延遲和大大超支困擾的ITER將無(wú)法繼續(xù)下去，而且近年來(lái)中國(guó)在該項(xiàng)目中的影響力顯著提高。ITER的中國(guó)籍雇員人員最初在7個(gè)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(xué)基督圣體學(xué)院院長(zhǎng)、前英國(guó)卡勒姆聚變中心主任史蒂文·考利教授說(shuō)，對(duì)其他國(guó)家來(lái)說(shuō)，最好的選擇是接受甚至支持中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)聚變研究。

報(bào)道稱(chēng)，但中國(guó)政府可能有其他考慮。雖然尚未公開(kāi)CFETR項(xiàng)目的估計(jì)預(yù)算，但建設(shè)一個(gè)聚變堆的費(fèi)用很可能大大超過(guò)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(shí)驗(yàn)不得不中止，因?yàn)檠芯咳藛T擔(dān)心實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能對(duì)設(shè)備造成無(wú)法修復(fù)的損傷。