中國聚變挺進(jìn)燃燒實驗！近日，位于四川成都的新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數(shù)聚變?nèi)朔e大幅躍升，這是中國可控核聚變向工程化應(yīng)用邁出的重要一步。那么，燃燒實驗后的下一步是什么？距離實現(xiàn)可控核聚變還有多遠(yuǎn)？對此，“中國環(huán)流三號”總設(shè)計師鐘武律在社交平臺上撰文釋疑。
鐘武律表示，“雙億度”節(jié)點標(biāo)志著我國在聚變能研發(fā)的道路上成功跨越了一道關(guān)鍵門檻——我國聚變裝備具備了聚變?nèi)紵嚓P(guān)的高參數(shù)運行能力。
核聚變之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，本質(zhì)上就是要讓原本獨立的原子核克服重重阻礙合為一體；而想要利用可控核聚變提供源源不斷的能源，就需要讓它們不斷地發(fā)生碰撞，這一過程需要滿足極為苛刻的條件。衡量核聚變裝置及核聚變研究的水平，主要看三個參數(shù)：原子核溫度（也就是燃料的離子溫度）、等離子體密度和能量約束時間，這三項參數(shù)的乘積達(dá)到一定數(shù)值就可以實現(xiàn)核聚變反應(yīng)，也即著名的“聚變?nèi)朔e”。
鐘武律解釋稱，“聚變?nèi)朔e”里有兩個參數(shù)的提高與等離子體電流直接相關(guān)，一個是等離子體的密度，一個是能量約束時間?！拔覀儚拇罅康膶嶒炛械玫揭粋€規(guī)律，就是它會正比于等離子體電流，所以上一次我們實現(xiàn)百萬安培等離子體電流放電，就意味著密度和能量約束時間都可以提高很多。第三個參數(shù)就是原子核的溫度，也和電流有關(guān)系，但核心還依賴于我們的加熱系統(tǒng)。而這一輪實驗我們加熱系統(tǒng)的能力、整個裝置的運行控制水平有了大幅提升，可以有效地把原子核溫度進(jìn)一步提升，就意味著‘聚變?nèi)朔e’可以提升很多?！?/p>
他強調(diào)，實現(xiàn)核聚變是一場漫長的科技馬拉松，需要持續(xù)攻關(guān)。尤其是原子核和電子溫度都要突破1億度以上，其中的挑戰(zhàn)很大。中核集團核工業(yè)西南物理研究院自主研發(fā)了高功率的中心束加熱系統(tǒng)，以及高功率的微波回旋管?！斑^去這些都是依賴于國外，目前我們完全可以自主設(shè)計、建造、調(diào)試，實現(xiàn)了國產(chǎn)化。等離子體的溫度高了以后，會‘不老實’，存在不穩(wěn)定性，我們突破了運行控制難點，有效控制住了等離子體。”為了準(zhǔn)確測量溫度，該團隊自主研發(fā)的三光柵精密光譜儀，測量原子核溫度的精確度優(yōu)于國際同行兩倍。
中國環(huán)流三號
到底什么是燃燒實驗？燃燒實驗將在什么時間進(jìn)行？
鐘武律進(jìn)一步解釋道，要實現(xiàn)核聚變，原子核的溫度要超過1億度。達(dá)到這個溫度后加入燃料，如果加入燃料，就可以發(fā)生大規(guī)模聚變反應(yīng)，這次實驗的成果就意味著具備開展燃燒實驗的基本條件了，這個門檻已經(jīng)邁過去了。美國、歐盟的兩個托卡馬克裝置曾經(jīng)實現(xiàn)燃燒實驗，但均已退役，目前在運行的裝置里面，還沒有開展燃燒實驗的。“燃燒實驗這個時間點，我們希望能夠通過兩三年的時間，全面升級整個裝置，然后再實現(xiàn)堆芯級參數(shù)的運行?！?/p>
他表示，可控核聚變要實現(xiàn)商用，要走過大約6個階段，從全球的聚變能研發(fā)進(jìn)程來看，基本實現(xiàn)了征途過半。
第一階段是原理的探索，把原理走通；第二階段就是要開展規(guī)模實驗，要得到大量的數(shù)據(jù)，獲得一些規(guī)律；第三階段就是要開展燃燒實驗，實現(xiàn)聚變反應(yīng)、獲得聚變功率；第四階段，就要建造實驗堆；第五階段，示范堆；最后就是商用堆。
目前，從全球來看正處于燃燒實驗到實驗堆過渡的階段。對于中國來說，首先得開展燃燒實驗、獲得聚變功率，下一步要建造聚變堆，開展相關(guān)工程技術(shù)的驗證，來支撐在本世紀(jì)中葉實現(xiàn)聚變的商用。
“我們目前實驗裝置也才發(fā)揮40%左右的能力，下一步，我們對整個裝置進(jìn)行全面升級以后，將會達(dá)到我們的設(shè)計目標(biāo)，聚變實驗，優(yōu)化運行方案，探索如何更加有效地提高‘聚變?nèi)朔e’，同時可以研究比如說阿爾法粒子的一些行為等前沿物理問題。然后，我們就要把聚變功率放大，讓聚變功率的輸出大于輸入的功率，這是未來我們商用要實現(xiàn)的一個目標(biāo)?！辩娢渎烧雇Q。
熱門跟貼