1億攝氏度運(yùn)行101秒 我國(guó)人造太陽(yáng)迎來(lái)突破 可控核聚變要來(lái)了

隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，我們對(duì)化石燃料的消耗速度越來(lái)越快。然而，這些化石燃料是地球與太陽(yáng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月反應(yīng)形成的，據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，現(xiàn)存的化石燃料僅夠人類(lèi)再使用兩百年。當(dāng)這些燃料耗盡時(shí)，我們是否注定走向滅亡？答案是否定的。國(guó)際新能源研究的主要方向指向了一種被稱(chēng)為"人工太陽(yáng)"的科技創(chuàng)新，這將使我們?cè)诓痪玫膶��?lái)?yè)碛腥≈�不盡、用之不竭的能源。

一、"人工太陽(yáng)"

"人工太陽(yáng)"并不是在天空制造一個(gè)新的太陽(yáng)，而是一種受控的熱核聚變反應(yīng)堆。它之所以被稱(chēng)為"人工太陽(yáng)"，是因?yàn)槟芰慨a(chǎn)生的原理與太陽(yáng)相似，都是通過(guò)氫元素的核聚變實(shí)現(xiàn)的。

與目前的核電站使用的鈾和钚不同，"人工太陽(yáng)"的核聚變過(guò)程涉及到質(zhì)量較小的原子，主要是氫元素及其三種同位素：氕、氘和氚。

二、核聚變能量

根據(jù)物理學(xué)原理，原子核由不帶電的中子和帶正電的質(zhì)子組成。由于兩個(gè)帶正電的原子核會(huì)相互排斥，當(dāng)原子核靠近到一定距離時(shí)，強(qiáng)核力將在兩個(gè)原子核之間產(chǎn)生作用。當(dāng)強(qiáng)核力壓倒電磁力后，原子核會(huì)發(fā)生碰撞并結(jié)合在一起，兩個(gè)較輕的核會(huì)變成一個(gè)較重的核。在這個(gè)過(guò)程中，質(zhì)量的損失將轉(zhuǎn)化為核聚變能量。

三、實(shí)現(xiàn)可控核聚變并非易事

目前的氫彈雖然屬于核聚變，但其能量釋放過(guò)程過(guò)于短暫，無(wú)法轉(zhuǎn)化為電能。國(guó)際上對(duì)可控核聚變的研究主要有兩種方式：磁約束核聚變和激光約束核聚變。

如前所述，要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)核力壓過(guò)電磁力并觸發(fā)核聚變，需要超高溫度或超高壓力。例如，太陽(yáng)的中心溫度達(dá)到了1500萬(wàn)攝氏度，同時(shí)還有由于質(zhì)量巨大而產(chǎn)生的向內(nèi)坍縮的超高壓力，約為3000億個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。然而，這樣的壓力只能在恒星內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，在地球上無(wú)法制造出如此高的壓力環(huán)境。

因此，我們通過(guò)提高溫度來(lái)彌補(bǔ)不足。目前，我國(guó)的托卡馬克裝置內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到了1億攝氏度，并且能夠維持1億攝氏度的聚變環(huán)境超過(guò)100秒。然而，令人遺憾的是，在這100秒內(nèi)輸入的能量仍然小于輸出的能量，因此無(wú)法用于發(fā)電。

四、什么是托卡馬克裝置

上世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家首先提出了托卡馬克（TOKAMAK）的概念，這個(gè)詞由環(huán)形（TOROIDAL）、真空（VACUUM）、磁場(chǎng)（MAGNETIC）和線圈（COIL）幾個(gè)詞組成。托卡馬克是一種利用磁約束來(lái)控制高溫等離子體的裝置，是可控核聚變研究的主要設(shè)備之一。它由一個(gè)環(huán)形的真空室和一系列螺旋狀線圈組成，通過(guò)在等離子體周?chē)鷦?chuàng)建強(qiáng)大的磁場(chǎng)，將等離子體約束在中心區(qū)域，防止其接觸到容器壁而損失能量。

現(xiàn)代托卡馬克實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如中國(guó)的"東方之光"等，采用了先進(jìn)的超導(dǎo)磁體技術(shù)，可以產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體。通過(guò)在等離子體中注入氫同位素，如氘和氚，然后加熱等離子體到非常高的溫度，可以實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)。

當(dāng)?shù)入x子體達(dá)到足夠高的溫度和密度時(shí)，其中的氫同位素核會(huì)發(fā)生碰撞并結(jié)合在一起，釋放出巨大的能量。這種能量可以轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過(guò)傳熱介質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能，用于發(fā)電和供應(yīng)能源。

然而，要實(shí)現(xiàn)可控核聚變并將其應(yīng)用于能源生產(chǎn)，仍然存在許多技術(shù)和工程上的挑戰(zhàn)。其中之一是如何維持等離子體的穩(wěn)定性，防止其與容器壁接觸并損失能量。還需要解決如何高效地加熱等離子體、如何處理產(chǎn)生的高能中子輻射等問(wèn)題。

盡管目前的可控核聚變技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，但科學(xué)家們對(duì)于實(shí)現(xiàn)可控核聚變并將其應(yīng)用于能源生產(chǎn)充滿信心。在不久的將來(lái)，人工太陽(yáng)可能成為一種清潔、可持續(xù)和高效的能源解決方案，為人類(lèi)提供源源不斷的電力和熱能，邁向一個(gè)更加環(huán)保和可持續(xù)的未來(lái)。