中科院专家完全解密"人造小太阳"!!

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中科院专家完全解密


中科院专家完全解密


中科院专家完全解密




新闻当事人:万元熙(“人造小太阳”核心研究员)


采访记者:王云 蒋勇


人物档案:


万元熙,1939年出生。1964年北大本科毕业,1967年北大研究生毕业。主持过国家九五重大科学工程项目“大型非圆截面超导托卡马克装置”,现为亚洲等离子体协会执行理事,国际核聚变期刊(NF)中国编委;中国核学会理事,中国等离子体物理学会常务理事,是等离子体物理学科知名科学家


万元熙研究员参与创建中科院等离子体物理所,在使该所成为国内外重要著名核聚变研究基地过程中做出了重大贡献;他领导和直接参与多个托卡马克、包括超导托卡马克的建设和实验,使中国核聚变研究不断取得突破性进展。


“我们的装置不是人造小太阳,而是为未来建造人造小太阳进行实验”,我国等离子体物理学科知名科学家、中科院等离子体物理所研究员万元熙在 2006年安徽科技活动周的一场专题报告会上,全面解释了一直被媒体称为“人造小太阳”的超导托卡马克装置,并澄清了这个一直以来的“误解”。


究竟什么是人造小太阳?人类为什么要制造“太阳”?我国究竟在这项宏伟的计划中处于什么样的位置?通过网络视频直播,万元熙为公众“从头说起”。


造太阳是因为人类面临能源危机


万元熙:即便按1998年的能源消耗量计算,地球上已探明的可用能源量,石油只能再使用50年,天然气只能再使用70年,煤炭约200年,即便加上未探明储量和其他因素,地球上的能源也只能再使用200至300年。


而且,随着人口的增加,到本世纪末,能源用量会增加到现在的3至4倍。大约在2050年,地球上能源生产量和需求量将达到一个“拐点”,此后,需求缺口将越来越大。此外,由于目前的能源大部分属于化石燃料,还将造成严重环境污染。中国的能源问题相较于世界,更加严重。目前,中国人均能源消耗量约是世界平均水平的1/2、发达国家的1/10、美国的1/13。如果达到美国现在的水平,我国的能源用量就相当于现在的13倍。


从卫星上看,地球上夜晚最亮的地方是美国欧洲日本这些发达国家和地区,中国的沿海地带比较亮,未来中国更多的地方还要亮起来,能源的消耗将是巨大的。


因此,必须寻找到替代能源——“人造小太阳”,其实就是要开发利用核聚变能,为人类提供可持续发展的清洁的新能源。


海水将成为用之不竭的新能源


万元熙:核聚变能将是人类可持续发展的清洁新能源。核反应有两种,一种是实现原子弹爆炸的核裂变,在常温下即可发生;可控制的核裂变,即可建成核电站。但是核裂变需要的原料铀矿,也只能再使用约60年,而且会产生大量的且持续几千年甚至上万年的核废料。


另一种核反应是核聚变,太阳之所以能够释放无穷尽的能量,就是因为其不断的核聚变反应,氢弹的爆炸也是基于氢的同位素氚(音同“川”)和氘(音同“刀”)的聚变反应。


而且,由于氘广泛地分布在水中,每一升水中约含有30毫克氘,通过聚变反应产生的能量相当于300升油的热能,这也就是“人造太阳”的原理。这种聚变只有短期辐射性,因此,既是无限的,又是清洁的。


根据分析,如果未来能建成一座1000兆瓦的核聚变电站,每年只需要从海水中提取304公斤的氘就可以产生1000兆瓦的电量,照此计算,地球上仅在海水中就含有的45万亿吨氘,足够人类使用上百亿年,比太阳的寿命还要长。所以,海水将成为人类取之不尽用之不竭的新能源。


托卡马克是要将核聚变“管”起来


万元熙:如何将氢弹这种不可控制的核聚变,变成可控制的核聚变,托卡马克装置即缘于此。太阳之所以不会像氢弹那样爆炸,是因为万有引力使太阳这个比地球重几十万倍的天体形成一个“被约束的大火球”,只会持续地产生能量,而不会爆炸。托卡马克则是另一种“约束核聚变能”的容器。


大家一般都知道随着温度的升高,物质有固态、液态和气态三种形态,事实上,如果温度达到1亿度,气态的物质会被进一步“拆散”,成为一个个“完全电离的气体”,也就是物质的第四种形态“等离子体”。


托卡马克其实是一个环形磁容器,造成一个磁场,使所有的带电离子只能沿着磁力线前进,而不会“逃离”,像一个“磁笼”。


通过过去60年的研究,在这种装置上,已经可以把氘氚的聚变燃料加热到4亿到5亿度的高温区,然后在高温下发生大量的聚变反应。在世界上最大的托卡马克装置欧洲联合环上面已经获得了最大的聚变功率输出,到了16兆瓦到17兆瓦。


由于这些数据是由世界各国不同的托卡马克装置实现的,因此,开发核聚变能的科学可行性已经得到证实。


但是,这些都只能短暂地运行。我国的托卡马克装置HT-7在稳态运行上的成绩最为优异,能量输出可以存在300秒左右,而其他各国的装置尽管输出功率高,但只能维持几秒钟。


中国什么时候有真正“人造小太阳”


万元熙:目前即将建造的国际热核聚变实验堆ITER就是一个全超导托卡马克装置,总投资50亿美元,预计10至15年建成,我国也参与了这个计划。


与此同时,我国从1998年开始,正式启动了自己的超导托卡马克计划。这一计划原名HT-7U,现名EAST(实验的、先进的超导托卡马克),2000年开工,今年3月完成工程调试,7月将进行首轮正式放电,年底进行国家验收。EAST是国际同类装置中使用资金最少、建设时间最短、一次工程调试即成功的装置。


这也将是全球第一个全超导的、可以稳态运行的托卡马克装置。不过,它其实不是人造小太阳,它只是为未来建设人造小太阳进行实验,它不产生能量,7月的放电同样只是一次实验,不产生能量。


那么,究竟什么是人造小太阳呢?“磁约束核聚变”未来的研究目标是三步走,首先是要建成等离子体实验堆,其次是要建成工程示范堆,最后才能建成聚变能电站。只有聚变能电站,才能被称作“人造小太阳”。


如果用30至50年的时间,能够成功实现这一目标,建成聚变能电站,人类将真正拥有取之不尽用之不竭的清洁新能源。中国的EAST装置就是要在这个过程中作出自己的贡献,并为我国未来热核聚变的研究建立工程和物理的基础并准备人才。


从基础研究到工程技术,再到聚变能电站,50年对于一个人可能是漫长的,但对于人类历史来说,是非常短的时间。聚变能的开发还需要几代人的艰苦努力,但这个梦想一定会实现。就好像100多年前,人类的第一架飞机只在天空中停留了几分钟;但仅仅是100多年的时间,飞机已成为最便捷、最安全的交通工具。

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