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我國(guó)“人造太陽(yáng)” 突破尖端科技新極限

經(jīng)濟(jì)參考報(bào)發(fā)布時(shí)間:2021-02-22 10:01:25

  太陽(yáng)的核心溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度,為了在地球上造出“人造太陽(yáng)”,我國(guó)科學(xué)家將“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強(qiáng)磁場(chǎng)”“超大電流”等極端環(huán)境“熔于一爐”。近日,記者走近中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院有“人造太陽(yáng)”之稱(chēng)的大科學(xué)裝置“內(nèi)核”,從多項(xiàng)尖端科技的突破中感受我國(guó)創(chuàng)新的勃勃脈動(dòng)。

  太陽(yáng)是地球最大的能量來(lái)源,它的表面溫度約6000攝氏度,內(nèi)核溫度約1500萬(wàn)攝氏度,像一個(gè)熊熊燃燒的大火球,每秒鐘散發(fā)出相當(dāng)于1億億噸煤炭燃燒產(chǎn)生的能量。

  “太陽(yáng)為什么能產(chǎn)生這么大的能量?因?yàn)樗膬?nèi)部持續(xù)不斷地在發(fā)生核聚變反應(yīng)。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所王騰博士說(shuō),如果想要在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng),造出“人造太陽(yáng)”,需要實(shí)現(xiàn)1億攝氏度的等離子體、1000秒的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和1兆安的等離子體電流,這些都是難度巨大的科技挑戰(zhàn)。

  高11米、直徑8米、重400多噸,站在有“人造太陽(yáng)”之稱(chēng)的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)面前,記者產(chǎn)生了深深的好奇:這里曾實(shí)現(xiàn)了1億攝氏度的20秒等離子體運(yùn)行,是如何做到的呢?

  “EAST像一個(gè)圓環(huán)形的‘大罐子’,在它的內(nèi)部集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強(qiáng)磁場(chǎng)’‘超大電流’等極端環(huán)境。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤說(shuō),能將這些尖端技術(shù)“熔于一爐”,充分體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的綜合科技實(shí)力。

  為了實(shí)現(xiàn)1億攝氏度高溫,科學(xué)家使用了多種加熱手段,其中一種就是微波加熱。“家用微波爐的功率是500瓦左右,而EAST用了4種大功率加熱系統(tǒng),總功率34兆瓦,相當(dāng)于家用微波爐的數(shù)萬(wàn)倍。”王騰說(shuō),不僅如此,地球上最耐熱的材料也只能承受幾千攝氏度,為了承載上億攝氏度的高溫等離子體,科學(xué)家用磁場(chǎng)做成“籠子”,而EAST內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到地球磁場(chǎng)強(qiáng)度約7萬(wàn)倍。

  為了達(dá)到強(qiáng)磁場(chǎng),“人造太陽(yáng)”還需要超過(guò)12000安培的超大電流,而承載大電流的線(xiàn)圈工作在零下269攝氏度的超低溫度,就在距離1億攝氏度高溫約1米遠(yuǎn)的地方,那就需要實(shí)現(xiàn)地表大氣壓約一千億分之一強(qiáng)度的“超高真空”以“隔熱”。

  這些極端環(huán)境,讓“人造太陽(yáng)”成為一個(gè)“超難”的集合體。

  “讓1億攝氏度超高溫和零下269攝氏度超低溫近距離共存,這是世界上沒(méi)人做過(guò)的事情,可以說(shuō)困難無(wú)處不在、天天遇到。”中國(guó)工程院院士李建剛介紹,他與團(tuán)隊(duì)在研究“人造太陽(yáng)”的20年里,至少遇到5萬(wàn)次失敗的實(shí)驗(yàn)。

  “但幸福真的是一點(diǎn)點(diǎn)干出來(lái)的!”李建剛說(shuō),一年365天,科研人員幾乎天天泡在實(shí)驗(yàn)室,從幾百萬(wàn)攝氏度到上千萬(wàn)攝氏度,從三千萬(wàn)攝氏度、五千萬(wàn)攝氏度到上億攝氏度,他們獨(dú)立發(fā)展出60多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)造出一系列引領(lǐng)國(guó)際的技術(shù)參數(shù),讓EAST大科學(xué)裝置屹立在世界的東方。

  一代代科研工作者自立自強(qiáng)、勇攀高峰的精神內(nèi)核,支撐起中國(guó)“人造太陽(yáng)”的強(qiáng)大內(nèi)核。

  據(jù)了解,若要“人造太陽(yáng)”產(chǎn)生的能源能為人類(lèi)所用,穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖等離子持續(xù)放電的時(shí)間要達(dá)到1000秒以上。“我們的夢(mèng)想是,點(diǎn)亮世界上第一盞核聚變發(fā)電的燈。”

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