探秘“人造太陽(yáng)”科研項(xiàng)目：人類最理想的潔凈能源

 

6月30日，記者探訪成都核工業(yè)西南物理研究院，見(jiàn)到了“人造太陽(yáng)”的研究裝置。

 

本組稿件采寫(xiě)華西都市報(bào)記者張想玲

 

想象著有一天，當(dāng)?shù)厍蛸Y源面臨枯竭的時(shí)候，人類是否可以使用“人造太陽(yáng)”來(lái)獲取能源？

 

也許你覺(jué)得有些天方夜譚。

 

事實(shí)上，在成都一個(gè)“人造太陽(yáng)”的科研項(xiàng)目已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。核心解讀

 

為何制造人造太陽(yáng)

 

它是人類最理想的潔凈能源

 

人類為何研制“人造太陽(yáng)”？專家進(jìn)行了解釋，核能作為一種新型能源被世界各國(guó)所關(guān)注。核能包含兩種方式：核裂變和核聚變。原子彈就是利用的核裂變的原理；氫彈、太陽(yáng)則是核聚變的原理。“受控核聚變能源”由于其固有的安全性、無(wú)污染的優(yōu)越性、燃料資源豐富等特點(diǎn)，被認(rèn)為是人類最理想的潔凈能源。

 

我們所說(shuō)的“人造太陽(yáng)”就是“受控核聚變能源”，目前我國(guó)的相關(guān)研究水平已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

 

核聚變所需要的“氘”(音同“刀”)是氫的同位素，一公升的海水里提取出的氘，完全聚變反應(yīng)可釋放相當(dāng)于燃燒300升汽油的能量?？茖W(xué)家初步估計(jì)，地球上的海水中蘊(yùn)藏了大約40萬(wàn)億噸氘。

 

成都的核工業(yè)西南物理研究院里，通過(guò)給“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)研究裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A托卡馬克裝置不斷加熱，其內(nèi)的等離子體電子溫度已經(jīng)“躍升”到5500萬(wàn)℃。

 

6月30日，中法聯(lián)合實(shí)驗(yàn)周。來(lái)自法國(guó)原子能委員會(huì)可控核聚變研究所的6人專家團(tuán)將和核工業(yè)西南物理研究院的專家一起，進(jìn)行一個(gè)突破性的實(shí)驗(yàn)——高約速模式下一種新型天線(PAM)耦合實(shí)驗(yàn)，形象地說(shuō)，就是設(shè)計(jì)了一個(gè)天線陣列，讓微波能夠完美耦合進(jìn)等離子體，從而達(dá)到“人造太陽(yáng)”加熱到高溫的目的。

 

對(duì)此，專家解釋，人類想和平利用核聚變能，就得實(shí)現(xiàn)“受控核聚變”，等離子體溫度必須達(dá)到上億攝氏度的高溫。這種新型天線實(shí)驗(yàn)的成功，將推動(dòng)成都的“受控核聚變實(shí)驗(yàn)研究”進(jìn)一步向前發(fā)展。

 

新突破“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn) 目標(biāo)是一億攝氏度

 

此次“中法聯(lián)合實(shí)驗(yàn)周”的工作地點(diǎn)位于西物院。

 

這個(gè)被稱為“人造太陽(yáng)”的裝置究竟長(zhǎng)什么樣？是否像科幻大片般，一個(gè)龐然大物渾身閃爍著各種指示燈？帶著疑問(wèn)和好奇，在西物院副院長(zhǎng)段旭如的帶領(lǐng)下，穿過(guò)控制大廳來(lái)到“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)研究裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A托卡馬克裝置的所在大廳。

 

中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A實(shí)驗(yàn)裝置呈圓形，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置幾乎填滿了這間面積達(dá)百平米的大廳，記者走上二樓才從高處看到其全貌。實(shí)驗(yàn)裝置主體呈圓形，其邊緣四周延伸出幾個(gè)三角形的“角”，形似一顆巨大的五角星。實(shí)驗(yàn)裝置上寫(xiě)著“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A”一排大字。裝置四周密密麻麻擺放著各種不停閃爍指示燈的儀器，一根根的鋼管從儀器一直連接到實(shí)驗(yàn)裝置。

 

“這部分設(shè)備都為‘人造太陽(yáng)’服務(wù)，主要目的就是讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置達(dá)到高溫。”核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng)段旭如介紹說(shuō)，目前，其內(nèi)的等離子體電子溫度已“躍升”到5500萬(wàn)℃以上，朝聚變裝置“點(diǎn)火”所需的上億攝氏度高溫邁進(jìn)了一大步。“在這臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置上，我們進(jìn)行核聚變等離子體研究，當(dāng)它的溫度達(dá)到億攝氏度以上之后，如等離子體密度足夠高，可產(chǎn)生可控的核聚變反應(yīng)，我們目前還在朝上億攝氏度的這個(gè)目標(biāo)努力。”

 

新裝置擺了個(gè)“天線陣”助“太陽(yáng)”產(chǎn)生更大“熱浪”

 

據(jù)介紹，在此次為期一周的“中法聯(lián)合實(shí)驗(yàn)周”里，中法專家將開(kāi)展在高約速模式下一種新型天線(PAM)耦合實(shí)驗(yàn)。該天線是專門(mén)為國(guó)際熱核聚變堆(ITER)設(shè)計(jì)的低雜波電流驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵部件，“這也是首次在具備偏濾器位形高約速模式運(yùn)行的受控核聚變裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，前期我們精心做了很多準(zhǔn)備。”

 

新型天線(PAM)耦合實(shí)驗(yàn)，究竟是個(gè)什么原理？所能起到的作用又是什么呢？對(duì)于這些問(wèn)題，段旭如首先來(lái)了一個(gè)“人造太陽(yáng)”加熱四種方法的“科普入門(mén)課”，“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A這套實(shí)驗(yàn)裝置被大家形象地稱為‘人造太陽(yáng)’，怎么讓這個(gè)‘人造太陽(yáng)’產(chǎn)生五六千萬(wàn)甚至億攝氏度以上的高溫呢？目前，我們的實(shí)驗(yàn)共有四種方法，分別是中性束注入系統(tǒng)加熱、電子回旋波系統(tǒng)加熱、離子回旋波系統(tǒng)加熱，而這個(gè)新型天線耦合實(shí)驗(yàn)就是第四種——低雜波系統(tǒng)加熱里的一個(gè)關(guān)鍵部件。”

 

而對(duì)于這個(gè)作用于“人造太陽(yáng)”上的新型天線與我們?nèi)粘Ｋ斫獾?ldquo;天線”有何不同，許敏博士打了個(gè)比方，“我們平時(shí)的天線是把接收到的波全部發(fā)散出去，而這個(gè)新型天線則是要收回來(lái)以加熱等離子體。”核工業(yè)西南物理研究院研究員許敏解釋說(shuō)，當(dāng)?shù)碗s波的“旅程”走到環(huán)流器二號(hào)A的真空壁時(shí)，低雜波的前方就是等離子體。“我們希望看到所有的低雜波都繼續(xù)向等離子靠近、耦合，從而產(chǎn)生高溫。但這時(shí)，便會(huì)有一些低雜波被反射出來(lái)。于是呢，我們就在與等離子體只有幾厘米的真空壁上，設(shè)計(jì)了一個(gè)天線陣列，盡可能地讓所有的低雜波都全部前進(jìn)，與等離子完美耦合、產(chǎn)生高溫。”

 

新聞背景

 

和平利用核聚變能ITER計(jì)劃

 

中國(guó)的一半任務(wù)在成都

 

人類想和平利用核聚變能，必須實(shí)現(xiàn)“受控核聚變”?？茖W(xué)家認(rèn)識(shí)到，采用由前蘇聯(lián)人最初發(fā)明的“托卡馬克”裝置可能是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的最好裝置，“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A”也是“托卡馬克”之一。后來(lái)，全球科學(xué)家催生了建造國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(簡(jiǎn)稱ITER計(jì)劃，在拉丁語(yǔ)里它是“道路”的意思)。

 

ITER計(jì)劃于2006年11月21日簽署協(xié)議，我國(guó)成為ITER計(jì)劃的七個(gè)成員之一，其他是歐盟、韓國(guó)、俄羅斯、日本、印度和美國(guó)。ITER實(shí)驗(yàn)堆建在法國(guó)，建造預(yù)算約55億美元；技術(shù)方面，中國(guó)將承擔(dān)其中約9%的研發(fā)制造任務(wù)——這就是核工業(yè)西南物理研究院、中科院等離子體物理研究所等單位科學(xué)家承擔(dān)的任務(wù)。其中，位于成都的核工業(yè)西南物理研究院承擔(dān)了其中約一半部件研發(fā)的重任。

 

按照計(jì)劃，如果ITER按計(jì)劃取得成功，預(yù)計(jì)將在2035年左右建造聚變示范堆(DEMO)；有望2050年前后建造第一個(gè)商用反應(yīng)堆，也就是可供商業(yè)利用的電站，到時(shí)，人們將用上核聚變能。