科学现场调查:人造小太阳”托卡马克能否能给人类带来“真正的光明”?

  核反应有聚变、裂变两种方式。两个轻核发生碰撞结合成重核的反映叫做聚变,如氢弹爆炸。一个重核在中子的轰击下分裂成高能碎片的反应叫做裂变,如原子弹爆炸。

  核聚变反应比较切实可行的控制办法是,通过控制核聚变燃料的加入速度及每一次的加入量,使核聚变反应按一定的规模连续或有节奏地进行。因此,核聚变装置中的气体密度要很低,只能相当于常温常压下气体密度的几万分之一。另外,对能量的约束要有足够长的时间。二战末期,前苏联和美、英各国曾出于军事上的考虑,一直在互相保密的情况下开展对核聚变的研究。几千万、几亿摄氏度高温的聚变物质装在什么容器里一直是困扰人们的难题。二十世纪五十年代初期,前苏联科学家提出托卡马克的概念。

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  托卡马克

  托卡马克(Tokamak),又称环磁机,最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的物理学家伊戈尔·塔姆,安德烈·萨哈罗夫,和列夫·阿齐莫维齐等人在1950年代发明的。 它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器。达到稳定的等离子体均衡需要围绕环面移动的螺旋形状的磁力线。托卡马克是磁约束装置的几种类型之一,并且是用于生产受控热核核聚变能中的一个最深入研究的候选类型。磁场被用于约束是因为等离子体冷却会使反应停止。而超导托卡马克可长时间约束等离子体。第一个超导托卡马克为俄制的T-7(托卡马克7号),而T-7由中国改造成HT-7(合肥托卡马克7号为“全”超导托卡马克)。而HT-7U就是现今中国的EAST。托卡马克的一种替代方案是仿星器。

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  托卡马克可变配置(TCV)的圆形内部,它的墙壁上挂满了石墨面砖。

  比较著名的有美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak,美国橡树岭国家实验室的奥尔马克,法国冯克奈-奥-罗兹研究所的 TFR Tokamak,英国卡拉姆实验室的克利奥(Cleo),西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak,先进实验超导托卡马克实验装置(EAST),国际热核聚变实验反应堆(ITER)。目前 全世界已有30多个国家及地区开展了核聚变研究,运行的托卡马克装置至少有几十个。

  下面小编给大家介绍下目前最火的代表世界最顶尖级的托克马克——EAST和ITER。

  先进实验超导托卡马克实验装置(英语:Experimental Advanced Superconducting Tokamak,缩写:EAST),原名HT-7U,又被称为“人造太阳”,是中国科学院等离子体物理研究所在中国安徽省省会合肥市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,属于中国国家“九五”重大科学工程。

  2006年9月28日,该装置首次成功放电。2007年二月的实验中,EAST产生了持续了近3秒的200千安培的等离子放电。2016年1月28日,更实现电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的长脉冲等离子体放电,为目前世界最长。终极目标为1亿度与1000秒。

  2017年7月3日夜晚,国家大科学装置——世界上第一个全超导托卡马克(EAST)东方超环再传捷报:实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这标志着EAST成为了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。这一里程碑性的重要突破,表明我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面,将继续引领国际前沿,对国际热核聚变实验堆(ITER)和未来中国聚变工程实验堆(CFETR)建设和运行具有重大的科学意义。

  国际热核聚变实验反应堆(英语:International Thermonuclear Experimental Reactor,缩写为英语:ITER)它是一个国际核聚变研究和巨型工程,将成为世界上最大的磁约束等离子体物理学实验,这是目前正在建设世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆,邻近于法国南部的卡达拉舍设施。ITER工程的目标是从等离子体物理实验研究,到大规模电力生产的核聚变发电厂的期待已久的转变。“ITER”在拉丁文中意为“道路”,因此这个实验的缩写“ITER”也意味着和平利用核聚变能源之路。

  它建立在由TFTR、欧洲联合环状反应堆(JET)、JT-60和T-15等装置所引导的研究之上,并将显著的超越所有前者。此项目预期将持续30年:10年用于建设,20年用于运行,总花费大约100亿欧元。因此该项目成为人类有史以来继国际空间站之后第二昂贵的国际科学合作项目。

  “人造小太阳”是否真能给人类带来“真正的光明”?只有时间能证明一切,只有科学家的不断探索突破才可能梦想成真。

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