近期，中國可控核聚變研究捷報頻傳。繼4月12日中國全超導(dǎo)托卡馬克(EAST)實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行后，8月25日，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行。高約束模式、403秒、100萬安培……這些關(guān)鍵技術(shù)難題的突破，標(biāo)志著中國核聚變研究向“聚變點(diǎn)火”又邁出重要一步，也意味著人類獲取無限清潔能源的夢想正在照進(jìn)現(xiàn)實。
能源問題一直是制約人類社會發(fā)展的主要瓶頸之一。今天，全球能源消耗量的82%來自于化石能源，由此產(chǎn)生的溫室氣體排放問題也為全球氣候變暖埋下禍根。另一方面，現(xiàn)有的核電站雖然不會產(chǎn)生溫室氣體，但核裂變反應(yīng)卻可能帶來嚴(yán)重的核污染。1986年，切爾諾貝利核電站事故污染的土地面積超過4000平方公里，另有4000多人因核輻射引發(fā)的癌癥和其他疾病去世。當(dāng)下，日本正在排放的核污染水，預(yù)計在1200天之后就會覆蓋整個北太平洋。核污染危害之大令人觸目驚心，因此，廢止核電的呼聲在全世界不絕于耳。
能源問題是一個戴在人類頭上的緊箍咒，而尋找清潔、豐富的能源則成為各國孜孜以求的目標(biāo)。可控核聚變被譽(yù)為清潔能源領(lǐng)域的“圣杯”，由此也被寄予無限期待。與核裂變反應(yīng)不同，核聚變反應(yīng)沒有放射性，自然也就不會產(chǎn)生核污染。而且，核聚變的原料之一氘在海洋中的儲量極其豐富——每公升海水中就含有0.03克氘，在核聚變反應(yīng)中可產(chǎn)生相當(dāng)于燃燒300升汽油的能量。據(jù)稱，一旦可控核聚變技術(shù)獲得突破，地球海洋中的氘可供人類使用100億年。屆時，人類將一勞永逸地解決能源問題。
夢想是遠(yuǎn)大的，但道路是曲折的。可控核聚變的實現(xiàn)條件極其苛刻：首先，需要制造1億℃以上的高溫環(huán)境，以克服原子核之間的斥力;其次，要保持足夠大的密度，以使原子核之間可以發(fā)生充分的碰撞;最后，還要保證足夠長的能量約束時間，以避免高溫等離子體的能量快速損失。在上世紀(jì)50年代，這三個條件被英國物理學(xué)家勞森總結(jié)為著名的“勞森判據(jù)”。根據(jù)勞森判據(jù)，只有當(dāng)溫度、密度和約束時間這三個參數(shù)的乘積大于一定值時，核聚變的能量產(chǎn)出才能大于能量損耗，核聚變反應(yīng)才能持續(xù)、穩(wěn)定，也即成功實現(xiàn)“聚變點(diǎn)火”。
如今，中國的可控核聚變裝置已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)1.5億℃的運(yùn)行，所以滿足第一項條件不成問題。而對于后兩項條件，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)等離子體的密度和能量約束時間恰恰與等離子體的電流成正比。也就是說，等離子體的電流越高，后兩個參數(shù)的乘積越高。經(jīng)推算，100萬安培正是實現(xiàn)“聚變點(diǎn)火”的必要條件。因此可以毫不夸張地說，中國在該關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得的突破，是人類可控核聚變發(fā)展歷程中的一座重要里程碑。
但我們同樣也應(yīng)看到，前方的道路依然漫長。“聚變點(diǎn)火”的最終實現(xiàn)，需要集合全人類的智慧與努力。2006年，中國加入“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”，成為理事會的“七方”成員之一。ITER旨在建造反應(yīng)堆級的核聚變裝置，以驗證和平利用聚變能的科技可行性。據(jù)稱，在建的ITER熱核聚變實驗反應(yīng)堆是目前世界上的最大、最復(fù)雜的磁約束核聚變裝置。該裝置已于2020年啟動安裝，并計劃于2025年首次“點(diǎn)火”，2035年開始核聚變實驗。中國承擔(dān)了ITER建設(shè)中約9%的任務(wù)，并已成功完成其核心部件“增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”的首件制造，為ITER的順利實施貢獻(xiàn)了“中國智慧”。值得一提的是，此次“中國環(huán)流三號”在取得技術(shù)突破的同時，也為ITER驗證了高約束運(yùn)行模式的可行性。
核聚變行業(yè)曾經(jīng)流傳著一個“50年魔咒”，即人類距離使用核聚變能永遠(yuǎn)“還要50年”?？扇缃?，隨著人類對于核聚變技術(shù)的認(rèn)知愈加全面，一個又一個技術(shù)難關(guān)正在被攻克。尤其是ITER建設(shè)的有序推進(jìn)，讓可控核聚變的商業(yè)化應(yīng)用時間表逐漸清晰。中核集團(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)域首席專家段旭如曾向外界預(yù)測，到2050年左右，人類或?qū)⒄嬲褂蒙虾司圩兡茉?。以此來看，人類正在走?ldquo;50年魔咒”，無限清潔能源之夢，有望在可預(yù)見的未來變?yōu)楝F(xiàn)實。而中國正在為實現(xiàn)這個偉大夢想按下“加速鍵”。
來源：中國網(wǎng) 中國網(wǎng)評論員 樂水
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