清洁稳定且取用不尽 "人造太阳"为何如此"神通"?

石可玉

2019年05月24日08:40  来源:人民网-科普中国
 

近日,“人造太阳”——中国环流器二号A(HL-2A)聚变实验装置高清全景大图公布。那么,什么是人造太阳?它和我们的生活又有什么联系呢?

人造太阳技术属于可控核聚变,其意义是像太阳一样为人类源源不断地提供能量。太阳其实就是一个巨大的核聚变反应堆(核聚变是将两个较轻的原子核结合而形成一个较重的核,以及一个很轻的核或粒子的一种核反应,在此过程中,核聚变反应将一部分反应物的质量转化为了能量),而人造太阳就是效仿太阳的核聚变原理,为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。在技术分类上,人造太阳属于可控核聚变,由人工控制核聚变的能量输出过程,确保能量输出大小满足人类对能量的动态需求。

那么,人造太阳有哪些优势呢?中国工程院院士李建刚表示,“核裂变反应会产生放射性物质,但核聚变反应是由氢的同位素氘和氚聚合成较重的原子核——氦。”李建刚解释,稳定的氦气不仅不是污染气体,反而是一种可用于工业生产的清洁气体。此外,核裂变的燃料是铀,但目前世界上铀的储量只能供我们用100年,而核聚变的原料氘在海水中的含量非常高,1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量,“目前海水中的氘储量如果用于核聚变,可以用1000亿到2000亿年。”

目前,我国人造太阳技术正在持续稳步发展,但要想让人造太阳的产能和供能成为现实,必须有几个条件:一是1亿度以上的高温,二是长时间约束在有限的空间中,三是有足够高的密度。在高密度的条件下,当等离子体温度达到1亿度以上,可使数目可观的粒子具有足够动能克服原子核之间的斥力而实现核聚变反应,从而产生可观的聚变能。现在,我国的人造太阳已经达到了等离子体温度1亿度以上,但是在温度和时间上还需要向上亿度、数千秒的目标迈进,而且需要有可控性,才有可能实现人类利用人造太阳能的目标。

本文由北京印刷学院物理系副教授李蜜丹进行科学性把关。

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