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“人造太阳” 突破尖端科技新极限

来源: 经济参考报
2021-02-22 07:30 
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太阳的核心温度高达1500万摄氏度,为了在地球上造出“人造太阳”,我国科学家将“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等极端环境“熔于一炉”。近日,记者走近中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的大科学装置“内核”,从多项尖端科技的突破中感受我国创新的勃勃脉动。

太阳是地球最大的能量来源,它的表面温度约6000摄氏度,内核温度约1500万摄氏度,像一个熊熊燃烧的大火球,每秒钟散发出相当于1亿亿吨煤炭燃烧产生的能量。

“太阳为什么能产生这么大的能量?因为它的内部持续不断地在发生核聚变反应。”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所王腾博士说,如果想要在地球上实现可控核聚变反应,造出“人造太阳”,需要实现1亿摄氏度的等离子体、1000秒的连续运行时间和1兆安的等离子体电流,这些都是难度巨大的科技挑战。

高11米、直径8米、重400多吨,站在有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)面前,记者产生了深深的好奇:这里曾实现了1亿摄氏度的20秒等离子体运行,是如何做到的呢?

“EAST像一个圆环形的‘大罐子’,在它的内部集成了‘超高温’‘超低温’‘超高真空’‘超强磁场’‘超大电流’等极端环境。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说,能将这些尖端技术“熔于一炉”,充分体现了一个国家的综合科技实力。

为了实现1亿摄氏度高温,科学家使用了多种加热手段,其中一种就是微波加热。“家用微波炉的功率是500瓦左右,而EAST用了4种大功率加热系统,总功率34兆瓦,相当于家用微波炉的数万倍。”王腾说,不仅如此,地球上最耐热的材料也只能承受几千摄氏度,为了承载上亿摄氏度的高温等离子体,科学家用磁场做成“笼子”,而EAST内部的磁场强度达到地球磁场强度约7万倍。

为了达到强磁场,“人造太阳”还需要超过12000安培的超大电流,而承载大电流的线圈工作在零下269摄氏度的超低温度,就在距离1亿摄氏度高温约1米远的地方,那就需要实现地表大气压约一千亿分之一强度的“超高真空”以“隔热”。

这些极端环境,让“人造太阳”成为一个“超难”的集合体。

“让1亿摄氏度超高温和零下269摄氏度超低温近距离共存,这是世界上没人做过的事情,可以说困难无处不在、天天遇到。”中国工程院院士李建刚介绍,他与团队在研究“人造太阳”的20年里,至少遇到5万次失败的实验。

“但幸福真的是一点点干出来的!”李建刚说,一年365天,科研人员几乎天天泡在实验室,从几百万摄氏度到上千万摄氏度,从三千万摄氏度、五千万摄氏度到上亿摄氏度,他们独立发展出60多项关键技术,创造出一系列引领国际的技术参数,让EAST大科学装置屹立在世界的东方。

一代代科研工作者自立自强、勇攀高峰的精神内核,支撑起中国“人造太阳”的强大内核。

据了解,若要“人造太阳”产生的能源能为人类所用,稳态长脉冲等离子持续放电的时间要达到1000秒以上。“我们的梦想是,点亮世界上第一盏核聚变发电的灯。”

(责任编辑:柯晓霁)

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