我国自主研制的“中国环流器二号M”预计明年投入运行实验 将为“人造太阳”提供重要技术支撑

时间:2019-12-01 16:12:01 来源:央广网 查看数:

据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,科幻电影《流浪地球》中,为了把地球推离太阳系,人类建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机。太阳的能量来源就是其内部的热核聚变。

目前,人类利用核聚变的最典型例子就是氢弹。但氢弹的能量是短时间爆炸性释放,只能作为武器使用,无法作为一个稳定而强大的能量来源。让聚变能量平稳、可控地输出,是全球科学家不懈努力的目标。

其中,“国际热核聚变实验堆”项目,可谓是这方面研究的皇冠上的宝石,它也被称为“人造太阳”。最新的进展是,目前,作为国际“人造太阳”项目的关键一环,中国的新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设顺利,预计2020年投入运行实验。“人造太阳”正式运行后会给我们的生活带来哪些改变?人类距离完全拥有“人造太阳”还有多远的路要走?

“我有一个美丽的愿望,长大以后能播种太阳……”这是来自儿歌《种太阳》的歌词。如今,我国的核工业科学家们正在实现歌词中的梦想,因为他们几十年不懈研发,真的在为人类造一个“人造太阳”。听起来有些不可思议?中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如说,由我国自主研制的可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设进展顺利,明年将投入实验运行,这将为人类制造“人造太阳”提供重要的技术支撑。

段旭如介绍:“我们启动了中国环流器二号M装置的建设,主要目的是加大它的规模,增强它的能力,让它可以达到上亿度的离子温度;另外其参数将极大提高,这样才能开展一些跟我们参与的国际热核聚变实验堆(ITER)计划相关的一些物理和科学问题,包括技术问题的研究,为我们参加ITER计划提供技术和人才支撑。这个新装置现在进展比较顺利,我们预计在2020年建成,开始实验。”

国际热核聚变实验堆,英文简称ITER,由于其原理和太阳发光发热的原理相同,因此也被称为“人造太阳”。它是由中、美、俄、欧盟、日、韩、印度七方共同建造可实现大规模聚变反应的实验堆,从而解决人类面临的能源问题。段旭如称,每个参与方承担整个工程中的一部分工作,我国的贡献份额约占整个ITER的10%。“这个10%主要部分是实物贡献,也就是说,ITER是一个聚变实验堆,由很多部件构成,中方承担了其中部分部件的技术研发和生产制造。最后在中国做好以后,运到现在的ITER总部法国去。”段旭如说。

中国环流器二号A装置正是对中国承担的ITER部件研制任务的技术支持。中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所负责人许敏介绍,中国环流器二号A其实相当于一个未来的核聚变反应堆雏形,科学家们想到用磁场把这些高温燃料束缚起来,让它们乖乖地在一个环形的空间里飞行,不和真空室接触。“做法就是产生微波和电子回旋的波,然后通过传输线,最后注入到真空室里去,等离子体吸收这些微波以后,它的温度自然就会升上来。从原理上讲,跟微波炉非常像,但它的功率要大得多。”许敏说。

早在2002年,我国已完成中国环流器二号A的建造,如今的中国环流器二号M又有哪些不同呢?段旭如解释说,环流器二号M将在等离子体电流以及温度等方面达到更为惊人的参数。“它的离子温度可以突破1亿度以上,达到1.5亿度,其它的参数也高,比如建成以后,它的电流将达到3兆安培,这是一个什么概念?我们现在国内最大的装置,它的电流也只能到1兆安倍,所以它的能力将会极大地提升,可以为今后国际热核聚变实验堆,也就是ITER计划提供技术支撑。”

事实上,在整个ITER计划中,有多个国家在研制这样的耐高温材料,这些材料处于聚变反应堆最核心位置,直接面对高温聚变燃料,因而被称为反应堆的“第一壁”。第一壁要承受每平米4.7兆瓦的热量,可以瞬间将一公斤的钢铁融化。中核集团核工业西南物理研究院ITER屏蔽包层项目负责人谌继明说,装置内部可以达到上亿度的高温,采用不锈钢、铜合金与金属铍的真空注压,筑起一道“防火墙”。“实际上ITER的专家心里也没底,到底这个能不能耐得住4.7兆瓦每平方米的热度。通过我们自主研发的部件,我们成了世界上第一家通过高热负荷实验认证的单位,我们率先拿到了生产许可证。”谌继明介绍。

应该说,“人造太阳”上应用的很多中国技术都达到了世界领先的水平,谌继明表示,我们实现了从落后到齐步进而部分技术领跑的转变。“在参加ITER之初,我们比国外落后20年;到2010年左右,我们追赶上了,和他们齐头并进;到现在,我们率先通过了国际认证。事实证明,我们确实在某些方面已经开始领跑。”

说到这里,大家可能又要问了,我们为什么非要建设“人造太阳”呢?都说“万物生长靠太阳”,太阳是地球上万物生长的一切来源,它正是利用核聚变反应,不断向地球输送能源。中科院等离子体所常务副所长宋云涛表示,这颗“太阳”如果建设成功,可能会一劳永逸地解决地球能源短缺的问题。“如果我们成功了,可以让一升海水去发生核聚变,能够产生的能量相当于300升汽油的能量。如果能够建成未来的聚变电站,那么可以为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。”

我们利用核聚变做出的“人造太阳”又有哪些优势?中核集团董事长余剑锋解释称,我们常用的煤、石油、天然气等化石能源,储量有限,且污染环境,核聚变能量源氘气来自海水,可以源源不断地供应。他介绍:“氘气在海水里面是很多的,大概有45万亿吨,就是说一升海水就相当于300升的汽油,能量是巨大的,核聚变能没有放射性的废物,所以这是一个跨时代、世界级的项目,也会改变人类的生活。”

今天,“中国环流器二号M”的顺利建设让我们对未来又多了几分期待。段旭如说,希望在二十一世纪中叶,聚变工程实验堆实验成功,建设聚变商业示范堆,完成人类终极能源梦想——“人造太阳”。他表示:“在研究过程中发现还有很多挑战没有解决,靠一个国家的实力来攻克,现在还有难度。也是希望集中全世界的科技力量,来共同攻克难题,所以2006年签署了ITER执行协议,我们在2025年将在法国南部建成ITER(人造太阳)第一个国际上的核聚变反应堆,达到这个目标以后,我们将会建示范堆,示范堆以后商用。”

编辑:赵爽(R)

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