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                為什么核聚變被稱為“人造太陽”?“人造太陽”離我們還有多遠

                北極蚊子 2018-11-5 13:10

                1994年11月05日,美核聚變發電功率首次突破千萬瓦。那么,為什么核聚變反應堆 被稱為“人造太陽”呢?

                太陽發光的能源之謎,讓人類探究了上千年,直到20世紀英國物理學家盧瑟福發現了核聚變反應,才促成了太陽的能量來源于氫核聚變生成氦核的假說,太陽發光由此得到了合理解釋。氫核聚變的發現也使人類產生了新的夢想,在地球上做出“人造太陽”。

                太陽的能量正是來自核聚變。太陽質量是地球的33萬倍(2×10 30千克),強大的引力使核心處密度高達150克/厘米3,溫度接近1360萬開。在這樣的條件下,氫核之間頻繁地進行碰撞,每秒要燃燒6.2億噸氫。不過這樣強大的引力束縛條件在地球上是無法實現的,要大規模地進行人工核聚變必須尋找另外的途徑。

                氫彈是以原子彈作為“觸發引擎”,利用原子彈促進爆炸時產生的高溫,使氘發生核聚變反應。第一枚氫彈的研究工作由美籍匈牙利裔的科學家愛德華·泰勒領導,以液態氘作為核聚變原料。而蘇聯首先實現了可用于作戰的氫彈,其方案是采用鋰-6和氘的化合物氘化鋰作核燃料。只是這些武器對民用沒有什么幫助。

                那么,怎么和平地實現像太陽一樣的核聚變用于發電呢?我們要把非常少量的氘和氚氣體,加熱到非常高的溫度,并且讓它們在一個小范圍內充分碰撞,F在實驗中可以把氘、氚氣體加熱到太陽溫度的10倍,在這樣的高溫下,原子中的電子會被剝離開,變成等離子體。關鍵在于怎么把等離子體束縛在空間之中,讓它們不跟墻壁接觸。因為等離子體喜歡沿著磁力線跑,物理學家的辦法之一就是使用一個面包圈形狀的“籠子”,讓等離子體環繞中間的磁場運動。這樣的裝置叫作“托卡馬克”。

                但等離子體并不總是老實地繞著磁場旋轉,它們會發生各種復雜的不穩定性。多年以來,物理學家已經解決了很多不穩定性,可是就好像物理學在故意捉弄我們一樣,新的不穩定性又不斷地被發現。

                不過,大自然有時候也會給物理學家一點驚喜。1982年,德國科學家發現如果把對等離子的加熱功率從160萬瓦提高到190萬瓦,整個約束會突然變好。物理學家至今也沒完全搞清楚這是怎么回事,只好把它籠統地稱為“高約束模式”,F在包括中國合肥的“先進超導托卡馬克實驗裝置”在內,我們已經能夠比較自如地在實驗中實現高約束模式。

                目前有中國參與的“國際聚變實驗反應堆”項目正在進行之中,這將是史上最貴的科學實驗。按照計劃,這個裝置將在2026年前實現對等離子體的穩定控制和10倍于輸入能量的聚變能量輸出。如果一切順利,那么第一個商業示范反應堆將在2050年前建成。屆時“人造太陽”就可以永駐地球之上造福人類了。

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