中国「人造太阳」1.2亿摄氏度持续百秒,5倍时长打破可控核聚变世界纪录

离可控核聚变更近一步

可控核聚变,距离我们还有多远?

就在昨天,新的世界纪录诞生,并且就在中国:

中科院合肥物质科学研究院的“人造太阳”EAST以1.2 亿摄氏度的温度,持续“燃烧”了101秒

这一突破,一举将1亿摄氏度20秒的原世界纪录延长了5倍

中科院合肥物质科学研究院副院长宋云涛对此表示:

实现新纪录,进一步证明核聚变能源的可行性,也为迈向商用奠定物理和工程基础。

也有参与项目的研究人员兴奋地感叹:

感觉“永远的50年”正在变为49年。

5倍时长打破韩国原世界记录

5月28日凌晨3时02分,在中科院合肥物质科学研究院EAST(有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置)控制大厅,当大屏幕上的数字突破100秒时,所有在场科研人员不禁露出微笑、鼓掌欢呼。

项目总负责人龚先祖使劲捶了几下桌子,难掩自己激动万分的心情。

他总结道,“在105秒的放电过程中,等离子体的电子温度达到1.2亿度,维持了101秒。在早期的一次放电过程中,等离子体的芯部的电子温度,达到了1.6亿度,维持了20秒。”

该成绩打破了去年年底韩国创造的1亿摄氏度20秒的记录,将时间延长了5倍

 图源新华社,实验成功后的EAST控制大厅场景

事实上,实现核聚变发电的两大难点是实现上亿度点火和稳定长时间约束控制。

此前,EAST曾在2017年实现稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,温度为5000万摄氏度,成为世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。

2018年,该装置等离子体中心电子温度首次达到1亿度

2020年4月,EAST在1亿度的高温下维持了近10秒

1亿度是接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件之一。

本次实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行,是中国首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热等关键技术。

 图源新华社,“人造太阳”1.2亿摄氏度成功“燃烧”100秒时,内部红外影像

总负责人龚先祖表示,通过大家10个月、24小时几班倒的奋战,终于收获了他们所期望的结果。

离建造第一个核聚变电站还有多远?

中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛表示,“这个物理结果,为我们国家独立自主地建造世界第一个核聚变电站奠定了坚实的物理和工程基础。”

不过,要说实现真正的可控核聚变,在这关键的一步之后,对于科研人员们而言,还有很长的路要走。

人在现场、参与项目的知乎网友@闫某某就在表达激动心情后,分析道:

核聚变发电能否实现,主要看等体温度、密度和约束时间三项。

现在这次实验,不论是温度还是约束时间,都是非常高的,可以说是比较关键的一步。当然,也还是不太够的,密度现在也远远不够,在10的19次方这个量级。

所以,意义有,但离实现还远。

他也具体介绍了一些接下来需要面临的理论和实践困难:

中科大博士、中广核研究院工程师@tom zhang也表示,距离核聚变建成商用,除了技术问题,也有堆经济性等经济因素需要考虑,不过相信这轮实验还会有更好的结果。

至于到底还需要多久才能迈到最终一步,很多人都纷纷猜测:50年!。

(“聚变发电离应用永远有50年”是中文互联网上广为流传的梗)

“大国重器”EAST

最后再来介绍一下此项目的主角:中国“人造太阳”,又被称为东方超环的EAST。

它的全名叫先进实验超导托卡马克实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak),原名HT-7U,为了好记又形象,03年正式更名EAST,由我国自行设计研制

(托卡马克又称环磁机,是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器。)

EAST实验装置的主机部分高达11米,直径达8米,重约400吨。主要由超高真空室、纵场系统、极向场系统、内外冷屏、外真空杜瓦及支撑系统等六大部件组成。

它的实验运行需要大型超高真空、大型超导体测试、大规模低温液氦制冷、大型高功率脉冲电源及其回路、大型计算机控制和数据采集处理等多种先进系统支持。

是中国科学院等离子体物理研究所在合肥建设的世界第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应试验性装置

它的建成也使我国成为世界上少数几个拥有这种类型超导托卡马克装置的国家,使我国磁约束核聚变研究进入世界前沿

参考链接:
[1]http://www.xinhuanet.com/tech/2021-05/28/c_1127504309.htm
[2]https://www.zhihu.com/question/461890685
[3]http://www.ipp.cas.cn/dakexuegongcheng/east/
[4]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%89%98%E5%8D%A1%E9%A9%AC%E5%85%8B%E6%A0%B8%E8%81%9A%E5%8F%98%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E8%A3%85%E7%BD%AE

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