全超导托卡马克核聚变实验装置(新华社)
在地球上造个太阳?当然不是!
「『人造太阳』指通过可控热核融合的方式给人类带来几乎无限的清洁能源。」许建南说。太阳的光和热,来源于氢的两个同胞兄弟——同位素氘和氚,在融合成一个氦原子的过程中释放出的能量。「人造太阳」就是「模仿」这一过程。
目前,人类核电站有序利用的核能都是核裂变过程——由较重的原子核裂变成较轻的原子核,从中获得释放的能量。单位质量释放的能量轻核融合比重核裂变要大数倍。
「有专家考证:如果不是最早,起码较早提出『人造太阳』解决人类能源问题的是一位苏联年轻少尉。这个高中学历的『大男孩』在1950年提出这个『空想』时,苏联科学家们没有笑话他,而是科学审慎分析了它在理论和实践中的可行性。历史证明,很多改变世界的伟大科学发现科技进步,源自勇敢的『空想』、睿智的呵护和执着的追求。」许建南说。
科学家们做了哪些科学探索?
融合能源,是人类梦寐以求的安全经济高效持久能源。
全球科学家研究实现可控热核融合的路径主要有两种:磁约束融合和惯性约束融合。前者又称「托卡马克」,通过强磁场较长时间约束高温稀薄等离子体使之发生融合反应。例如,目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作计划之一的「国际热核融合实验堆(ITER)计画」。后者则利用多种高能量驱动方式形成高温高压环境,使氘氚靶丸实现热核融合点火和燃烧,从而释放出巨大的能量。
氘和氚是取之不尽的能源。海洋中大概蕴藏了40万亿吨氘,理论上如果全部用于融合反应,释放的能量足够人类使用几百亿年。
「它难以比拟的优势是:安全、清洁、高效和资源充足。」许建南说。
中国科学家参与、贡献几何?
磁约束融合和惯性约束融合两种技术路径,中国科学家都有深度参与和不菲贡献。美、法等国20世纪80年代发起ITER计画,中国后来成为参与国之一。中科院合肥物质科学研究院和位元于成都的西南物理研究院是主要承担单位。
中科院合肥物质科学研究院等离子体所承担的大科学工程「人造太阳」实验装置EAST在今年1月底的实验中,成功实现了电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这是国际托卡马克实验装置在电子温度达到5000万度时,持续时间最长的等离子体放电,是重要的阶段性研究进展。
「祝贺中科院研究人员取得的突破。中物院也是『人造太阳』的追梦劲旅。惯性约束融合研究由中国著名科学家、曾担任我院副院长的王淦昌先生在上世纪60年代,与国外科学家同期独立提出。中国氢弹元勋、国家最高科技奖获得者于敏也是惯性约束融合技术路线的宣导者。」许建南说。
过去几十年里,中物院和上海光机所等单位不断冲击世界先进,逐步建立了独立自主的惯性约束融合研究体系,建成神光I、II和III镭射驱动装置,聚龙一号电磁驱动大型科学实验装置。许建南说,其中,聚龙一号输出电流达到800至1000万安培,电流脉冲上升时间小于千万分之一秒,瞬间功率超过20万亿瓦,相当于全球平均发电功率的2倍。
「人造太阳」距离商用还有多远?
2015年在北京举行的首届国防科技工业军民融合发展成果展上,聚龙一号作为「未来理想能源——『瓶中的太阳』」首度亮相,让公众了解到军事应用为牵引研制的大型科学实验装置如何在民用领域发挥作用。
中外科学家在融合装置科学实验和工程技术上取得了重要阶段性成果。有专家预计,融合能商业化有可能在约30年后实现。