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国外国防科技文献资料快报

中科院武松涛谈中国“人造太阳”新能源

2009-12-17

  “人造太阳”原理

  把氢弹的爆炸过程用人为手段大大减缓,反应产生的能量被缓慢而稳定地输出,转化为电能,成为一个取之不尽的天然能源库。

  “人造太阳”能源

  一公升海水里提取的氘在完全的聚变反应中所释放的能量,相当于燃烧300公升汽油释放的热能。

  享受实惠还需50年

  “人造太阳”所发出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。这一梦想最快可能在50年后实现。

  几天前,中科院等离子体所宣布一个爆炸性新闻:该所建成了被称为EAST的世界上第一个全超导核聚变实验装置,该装置预计7、8月份正式进入放电运行实验,届时如能成功完成放电实验,我国将率先建成新一代“人造太阳”。

  那么,什么是“人造太阳”,其研究进展如何,它又能给我们带来什么,昨天,记者就这些人们关心的问题,连线了中科院等离子体所装置总体设计研究室主任武松涛。

  “人造太阳”是指受控核聚变

  太阳之所以能够释放出能量,是因为在太阳上不断进行着核聚变。在地球上,人类也早已实现了核聚变——氢弹爆炸。但氢弹是一种不可控制的武器,会产生毁灭性的后果。“人造太阳”的原理就是,把氢弹的爆炸过程用人为手段大大减缓,反应产生的能量被缓慢而稳定地输出,转化为电能,成为一个取之不尽的天然能源库。

  记者:能否通俗地解释一下什么是“人造太阳”?

  武松涛:科学家们希望发明一种装置,可以有效地控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定地输出。科学家们把这类装置比喻为“人造太阳”,因为它可以像太阳一样,为人类提供一种无限的、清洁的和安全的能源。

  记者:这个装置就叫“托卡马克”吗?

  武松涛:是的,根据核聚变发生的机理,要实现可控制的核聚变实际上比造个太阳要难多了。托卡马克是上世纪60年代由前苏联科学家发明的,是“磁线圈圆环室”的俄文缩写,又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”,像一个中空的面包圈,可用来约束电离子的等离子体。人们本来设想,有了“面包炉”,只需把氘、氚放入炉内加火烤制,把握好火候,能量就应该流出来。但事情并不那么简单。

  记者:“人造太阳”与目前的核电站有什么区别?

  武松涛:目前的核电站,就是利用核裂变来提供能源的。所谓“人造太阳”,是指受控核聚变,核聚变反应主要借助氢同位素——氘和氚的聚变。在核聚变反应堆里,氢同位素重氢和超重氢等原子聚合后,变成更重的原子。这和通过分裂而释放能量的核裂变截然不同,人们需要进行许多实验来了解有关反应的特性。

  “人造太阳”将率先从东方升起

  今年七八月份EAST装置将投入运行,进行正式放电实验。如成功,那意味着合肥成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。那时,完整意义上的“人造太阳”将率先从我国升起。

  记者:我国研制“人造太阳”经历了一个怎样的过程?

  武松涛:实际上,自从人们揭开太阳燃烧的秘密以来,就一直希望模仿太阳在地球上实现核聚变,从而为人类提供无尽的能源。尽管50多年过去了,人们只见到了氢弹的爆炸,而没有看到一座核聚变发电站的出现,但它诱人的前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。

  我国第一台超导托卡马克装置是从1990年开始,中科院等离子体物理所历时3年多才建成,它使中国成为继俄、法、日之后第4个拥有同类实验装置的国家,实验中最高电子温度已超过5000万摄氏度,并获得可重复的大于300秒的等离子体放电。

  记者:那么,我国研制的EAST是什么?

  武松涛:EAST又称“实验型先进超导托卡马克”,是一台全超导托卡马克装置,可能成为世界上第一个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性,更有利科学家探索等离子体稳态先进运行模式。这个装置从内到外一共有五层部件构成,最内层的环行磁容器像一个巨大的游泳圈,进入实验状态后,“游泳圈”内部将达到上亿度的高温,这也正是模拟太阳聚变反应的关键部位。

  记者:EAST的突破在哪里?

  武松涛:6年前开始的“EAST”是一个“升级加强版”。EAST的规模、性能都将远超它的前辈,能使等离子稳定运行的时间达到16分钟以上,获得1亿摄氏度以上的高温,将是迄今为止世界上能让等离子体运行时间最长的“人造太阳”实验装置。

  享受“人造太阳”实惠

  最少还需50年

  虽然“人造太阳”的奇观在实验室中已经出现,但离真正的商业运行还有相当长的距离,“人造太阳”所发出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。根据目前世界各国的研究状况,这一梦想最快有可能在50年后实现。

  记者:能否介绍一下国际“人造太阳”计划?

  武松涛:去年六月,世界首个热核实验反应堆“花落法国”,它有一个形象的名称:人造太阳计划。作为当今最具代表性的国际大科学合作研究计划之一,它与国际空间站、人类基因组测序等项目一起,吸引了全世界的目光。

  记者:我国在这个计划中承担哪些工作?

  武松涛:“人造太阳计划”于1988年启动。2003年2月,经过协商,中国与美国同时加入了该计划,成为六大成员之一。在这个“全球研究村”中,每个成员都是平等的。按照章程,我国将承担热核反应堆工程总造价46亿美元的10%,同时分享全部知识产权和科技、商业利益。

  记者:“人造太阳”能给我们带来哪些改变?

  武松涛:自然界最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘和氚的聚变,这种反应已经在太阳上持续了50亿年。氘在海水中蕴藏量丰富,多达40万亿吨。从海水中提取氘,使其在上亿摄氏度的高温下与氚产生聚变反应。这样,一公升海水里提取的氘,在完全的聚变反应中所释放的能量,相当于燃烧300公升汽油释放的热能,而海水用之不尽,释放出的能量足够人类使用几百亿年,而且反应物是无放射性污染的氦。因此,核聚变被认为是未来解决世界能源和环境问题最重要的途径之一,这一成果一旦投入商业运行,将彻底变革世界能源供应格局。

  记者:我们什么时候能够享受到“人造太阳”带来的实惠?

  武松涛:煤炭、石油等是人类重要的自然资源,作为燃料烧掉是非常可惜的。人们无不担心,煤和石油烧完了,而其他能源又接替不上该怎么办?能源危机开始困扰着人类,人们一直在寻找各种可能的未来能源,以维持人类社会的持续发展。根据目前世界各国的研究状况,这一梦想最快有可能在50年后实现。
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