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“人造太阳”东方超环点亮核聚变清洁能源

原创
东方超环 核聚变实验装置
新华网

东方超环,全超导托卡马克核聚变实验装置(中文名为东方超环,简称EAST),俗称“人造太阳”。这座由我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置,多次创造出等离子体运行的世界纪录,代表着我国磁约束聚变研究在高温等离子体运行物理和工程方面的研究水平,为开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。

聚变能由于具有清洁、环保、安全、原材料储量极其丰富等优点,被认为是最终解决人类能源问题的战略能源,但是如何实现稳定可控的核聚变为人所用是摆在全世界科学家面前的一道难题。

为了解决这一问题,科学家们开始在地球上建造核聚变装置。

原子能的利用包括核裂变和核聚变。核裂变是将较重的原子核分裂为较轻的原子核并释放出能量。而核聚变则是将较轻的原子核聚合反应而生成较重的原子核,并释放出巨大能量。

受控核聚变实现的方式主要有两种——磁约束核聚变和惯性约束核聚变,其中磁约束核聚变是用强磁场来约束高温核聚变燃料。实现受控核聚变的条件十分苛刻,一是燃料需达到极高的温度(1亿摄氏度以上),二是具有足够的密度,三是具备足够长的能量约束时间。从上世纪70年代开始,托卡马克途径逐渐显示出独特优势,成为磁约束核聚变研究的主流途径。

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器,它的名字Tokamak,来自于俄语“磁线圈环形真空室”的缩写。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。通电的时候,托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。

东方超环是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置,是世界上第一个实现稳态高约束模式运行且持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。该装置的主机部分高11米,直径为8米,重400吨,由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。

实现核聚变发电的两大难点是实现上亿摄氏度点火和稳定长时间约束控制。在合肥综合性国家科学中心等部门支持下,EAST装置进行了系列性能升级,并在未来聚变堆类似条件下向高参数稳态高约束等离子体运行等科学目标发起冲击:2021年12月30日,电子温度近7000万摄氏度的长脉冲高参数等离子体维持了1056秒,创下了目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行纪录。

据了解,东方超环装置运行10多年来,先后实现了1兆安、1.6亿度、1056秒的等离子体运行,通过开放共享的建制化管理模式,全面实现了EAST设计参数指标,在稳态等离子体运行的工程和物理上继续保持国际引领。EAST装置取得的系列创新成果,为自主建造聚变工程实验堆提供了重要的实验基础。

中国科协科普部

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科普63808976349ef
儒生级
厉害了
2022-11-25
阳光碧水
贡士级
不忘初心牢记使命
2022-11-24
白花蕊
贡生级
1
2022-11-23