“人造太阳”重要突破! 啥是人造太阳? 有了它,人类再也不会缺电 把“太阳”装进铁罐? 中国人造太阳再破纪录,2027年真要发电了!

如果能有一种能源,原料取之不尽用之不竭,还不向外界排放二氧化碳,也几乎没有放射性,你信吗?

全世界科学家为了这个事儿已经忙活了几十年了,他们在做的事情,其实就是在地球上再造一个“太阳”。

这个原理就和太阳发光发热一样,利用核聚变来产生热量。我们知道,太阳的核心温度是1500万摄氏度,人类想要在地球上实现可控核聚变,进而实现人造太阳,就需要把等离子体加热到超过1亿摄氏度。

这种难度就相当于,要把一个太阳塞进一个铁罐子里面,还得让这个“太阳”能稳稳当当在罐子里烧着,并且不能把罐子烧穿。听起来这事就不科学,比如一个1亿多度的东西在燃烧,什么材料能扛得住它且不烧透?

答案是没有材料能扛得住,任何已知的固体物质,在这个温度里早就气化了。似乎这事挺难,但中国科学家就正在干这事,且干得还有模有样的。

科学家想了一个绝妙的方法,就是不接触。用一个超强磁场,把上亿度的等离子体直接“悬空”关进一个环形的真空室里,四处都不碰壁,也不接触,这个装置就叫做托卡马克。如果想要去约束这个磁场,那么就需要超导磁体。

中国科学院合肥物质科学研究院等离子物理研究所,就在近期宣布了两项重磅突破。

一项突破是全球最大的环向场磁体通过了验收。这个环向场磁体,长21米,宽12米、高3.3米,差不多相当于一栋3层楼那么高,篮球场那么大。重达582吨,要比一架满载的波音747客机还要重。这是目前世界上尺寸最大的聚变堆超导磁体。

这个环向场磁体一旦通电,就能产生一个巨大的磁场,能把上亿度的等离子直接死死关在真空室内,不让等离子跑出来。最重要的是,这套磁体的全链条,全部国产自主可控,各项性能也国际领先。

第二项突破,就是高温超导线圈这个赛道我们也跑通了。高温超导中心螺线管线圈磁体完成了慢工况参数测试。是不是听起来挺拗口?其实它的作用,就是感应和驱动等离子电流,并且动态调节等离子约束形态。

圈叔打个比方,环向场磁体是“一间房子”,任务是把等离子关在里面,而中心螺线管线圈是“鞭子”,负责抽打等离子,让它转起来,燃烧起来。各有分工,缺一不可。

如果说上面那两个突破是“零部件”层面的进展,那接下来要说的就是“整机”层面的消息了。

在安徽合肥,有一个长得酷似电影《流浪地球》里“行星发动机”的装置,紧凑型聚变能实验装置BEST,正在进入总装阶段。

BEST项目取得了一个关键进展:400多吨的杜瓦底座成功安装就位。

杜瓦底座是啥?你可以把它理解为整个装置的“地基”和“保温瓶外壳”。它直径约18米、高约5米,总重量400多吨,是整个BEST主机系统中最重的部件。

这个“地基”要承载总重约6700吨的主机。安装精度要求极高,表面水平高差控制在15毫米以内,落位位置偏差不超过2毫米。2毫米?比一枚一元硬币的厚度还薄。把400多吨的大家伙,偏差控制在2毫米以内,这精度,堪比在头发丝上雕花。

杜瓦底座安装完成后,后续像磁体、真空室等核心部件就要开始安装了。按计划,BEST装置将在2027年基本建成。建成之后,它将在世界上首次演示核聚变发电。

你没看错,人类历史上第一次用核聚变点亮灯泡,可能就发生在2027年的合肥。

说到核,很多人第一反应是:危险!辐射!但你可能想不到,在已经建成运营的第四代核电站里,反应堆旁边的辐射读数竟然是0。

反应堆大厅的空气经过净化,再加上多层屏蔽,连自然界的本底辐射都可以忽略不计。这是在运行中的高温气冷堆环境中特有的现象。更让人意外的是,华能山东石岛湾核电有限公司运行部副主任张宜金在这里工作了十多年,他这十多年累计受到的辐射剂量仅相当于拍了一次X光。十多年,相当于一次X光,这安全系数,比坐飞机受到的辐射还低。

说了这么多突破,你可能觉得这事儿快成了。但说实话,核聚变是人类历史上最难的科学工程,难在哪?

太阳核心才1500万摄氏度,而人类搞的托卡马克需要1亿度以上。为什么?因为在地球上没法像太阳那样靠巨大的引力压住等离子体,只能靠更高的温度来弥补。时间太难维持。不是点一下就能一直烧。要让聚变反应持续稳定运行,好比在狂风里点一根蜡烛,还得让它一直烧着不灭。上亿度的等离子体虽然被磁场悬空关着,但总会有极少量高能粒子逃逸出来,轰击装置内壁。什么材料能扛得住这种轰击?科学家还在找答案。聚变需要氘和氚。氘好办,海水里多得是;但氚在自然界几乎不存在,需要靠聚变反应本身产生的中子去轰击锂来“繁殖”。这个闭环能不能跑通,还得验证。

正因为难,所以国际上从20世纪50年代到现在,70多年了,还没实现发电。但正因为难,一旦突破了,人类就再也不缺能源了。


(财经责编:拓荒牛 )