2049年核聚变能源走进千家万户,真能实现吗?

科学大妙想 2023-09-16 18:54:16

最近听到个消息,中核集团核工业西南物理研究院科技委主任刘永说:“我们中国聚变团队,处于国际上的第一方阵,在大部分领域实现了并跑,在部分领域实现了领跑。他还说,预计在新中国成立一百周年的时候,核聚变能源就能走进千家万户。

这不禁引起了我们的无限遐想。

相比较核裂变,核聚变有着安全、高效、清洁之称。什么是核聚变,爱因斯坦提出的质能公式E=mc^2给出了解答,它反映质量与能量的转化关系,可以通过损失质量来获得能量。核裂变通过重元素裂变为轻元素释放能量,核聚变就是通过轻元素聚变成重元素释放能量。

氘(Deuterium)和氚(Tritium)聚变,形成氦就是最为常见的核聚变。因为核聚变损失的质量比核裂变大,所以核聚变带来的能量更高。

同时,核聚变反应不产生长期性的放射物,且产生的核废料非常少,容易处理,相比较核裂变产生的废料对环境的影响,核聚变能源称得上清洁。

宇宙中闪亮的恒星,它的能量就来自于核聚变,不过因其具有庞大的质量,自身重力将内核聚变牢牢困住,可以使之亿万年聚变生生不息。然而,在地球上,如何才能将如此暴躁的聚变反应束缚起来,稳定的产生能源供给人类使用呢?这就需要“可控核聚变”。

简单点说,就是在模仿太阳

模仿太阳,但不能模仿如此巨大的自身质量,怎样才能约束核聚变?目前主流的方法是惯性约束和磁场约束,惯性约束聚变的原理很简单,就是通过强激光产生巨大的压强,在极短时间内将核燃料的体积变小,密度变大,使得聚变反应开始。

而磁场约束则是利用磁场来约束温度极高的等离子体的核燃料,以使其反应。目前,这两种方法都有应用设施,应用惯性约束原理的实验装置是美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,磁约束装置以托卡马克装置为代表,世界上大部分实验装置都是以磁约束为原理。

中国的核聚变实验研究一直走在世界最前沿,2023年4月,中国的全超导托卡马克实验装置(EAST)创造新的世界纪录,成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。最近,8月25日,“中国环流三号”托卡马克装置(HL-2M)首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,刷新我国磁约束聚变装置运行纪录。

除了EAST,我国于2017年启动中国聚变工程实验堆(CFETR)的工程设计,该工程计划分三个阶段,目前处于第一阶段建设期,第二阶段是2035年建成CFETR,开始大规模实验,第三阶段是到2050年,聚变实验成功,建设核聚变商业示范堆,进入商业试运行阶段,完成人类清洁能源的崇高任务。

前路漫漫,道阻且长,虽然目前取得了很多突破,但距离那一步,中间还需要攀登上百个阶梯,每一个阶梯都相当于一次重大突破。

行则将至,核聚变能源的实现是人类文明发展的一次伟大契机,届时,能源将不是发展的束缚。

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