根據(jù)央視新聞網(wǎng)報告,1月20日,素有人造太陽之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST),在安徽合肥創(chuàng)造了新的世界紀錄,首次實現(xiàn)1億攝氏度1066秒的高約束等離子運行。

這也意味著人類首次在地球?qū)嶒炇抑校瑢?a class="keyword-search" >核聚變過程穩(wěn)定運行超過了16分鐘,這標志著中國可控核聚變技術(shù)邁入了全新的里程碑。

或許在不久的將來,中國人造太陽將會率先成功,把天上的太陽移到地球上,至此,人類的文明等級或?qū)⑸仙粋€臺階。

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人類為何要在地球上造“太陽”?

蘇聯(lián)科學(xué)家卡爾達肖夫曾提出這樣的觀點,那就是人類文明等級的提升,實際上就是能量消耗的數(shù)量提升,能量消耗越大,也就意味著人類文明程度越高。也以此為標準,把人類文明等級劃分為三個等級。

人類文明發(fā)展到如今,文明等級還未達到1級,僅為0.73左右,這是因為目前人類還無法完全掌控地球的能量。

另外,目前人類每年消耗相當于300億桶石油的能量,然而,隨著化石能源逐漸枯竭,以及化石能源所帶來的一系列氣候問題。

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可控核聚變技術(shù)則是替代化石能源的最優(yōu)方案了,沒有污染,能量也取之不竭,即便是如今的核裂變技術(shù),也與其無法相提并論。

與現(xiàn)有的核裂變技術(shù)不同,可控核聚變技術(shù)不僅不會產(chǎn)生放射性廢渣,每公斤核聚變?nèi)剂厢尫诺哪芰渴鞘偷臄?shù)百萬倍,以目前海水中可控核核聚變的燃料,也就是氘和氚的數(shù)量,足夠人類使用數(shù)百億年。

可以說可控核聚變技術(shù),是人類解決能源問題的最終解決方案了,如果人類徹底掌握可控核聚變技術(shù)后,人類在很長一段時間里,將不會為了燃料問題而擔(dān)心。

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而隨著可控核聚變實現(xiàn)商業(yè)化后,在方方面面將會給人類帶來巨大的變化,首先由于核燃料充裕,可以使用數(shù)百億年時間,幾乎可以無限使用,電力成本接近于白給。

那么,農(nóng)業(yè)方面,不再依賴太陽,而是直接用電力種植糧食,那么地球?qū)B(yǎng)活更多的人口,因為有接近無限的能源,人類將有更多的能源可以改造地球。

首先,利用廉價的能源,可以建造大規(guī)模的海水淡化工廠,不僅解決地球上淡水不足的問題,并且還可以利用這些淡水灌溉沙漠,把地球上的沙漠變成綠洲,拓展人類的生存空間。

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除了這些外,可控核聚變技術(shù)還是人類進行深空探索的“門票”,傳統(tǒng)化學(xué)材料能量轉(zhuǎn)換率太低,需要攜帶數(shù)千噸才能到達火星,而核聚變?nèi)剂蟽H需1公斤,就可以完成同樣的任務(wù)。

這就意味著,人類在攜帶相同燃料的情況下,將會航行更遠的距離,也就是人類具備初步星際航行的能力,在此基礎(chǔ)上,人類才有能力開發(fā)太陽系的能量,也意味著人類從1級文明向2級文明躍遷。

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誰率先掌控可控核聚變技術(shù),誰將掌控人類文明的未來

諾貝爾獎得主李政道曾經(jīng)說過這樣一句話,誰率先掌控可控核聚變技術(shù),誰將掌控人類文明的未來。然而,就目前階段來說,人類想要實現(xiàn)可控核聚變技術(shù),難度還非常大。

這個難度就是要滿足一個看似的矛盾條件,那就是核反應(yīng)堆中的溫度要達到上億度,然而,需要控制內(nèi)部粒子的磁約束“磁籠”的核心線圈,需要在超冷的溫度下,也就是-269攝氏度的情況下,才能實現(xiàn)超導(dǎo),實現(xiàn)超強的磁場。

這個看似矛盾的結(jié)合體,才是目前可控核聚變技術(shù)迫切需要解決的問題,也是可控核聚變技術(shù)的最大難點。

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目前,除了中國的技術(shù)路線外,還有另外幾種技術(shù)路線,那就是以德國為主的“仿星器”和美國為主的“激光慣性約束”。

仿星器雖然原理與托卡馬克類似,也是利用磁約束來來進行核聚變,但是仿星器與托卡馬克最大的不同,就是一個是內(nèi)部產(chǎn)生電流,進行磁約束,另外一個是通過外部電流,進而實現(xiàn)磁約束。

托卡馬克就是內(nèi)部產(chǎn)生磁場進行約束,而仿星器就是通過外部磁約束。以目前的資料數(shù)據(jù)來看,仿星器具有天然穩(wěn)態(tài)運行的優(yōu)勢,不像托卡馬克一樣,需要內(nèi)部等離子電流來產(chǎn)生磁場,以維持核聚變的穩(wěn)定性,因此從長遠來看,其具有更高的穩(wěn)定性。

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然而,仿星器也有其天然的劣勢,那就是其是使用外部的磁約束,其對磁線圈要求很高,需要更復(fù)雜的線圈結(jié)構(gòu),才能產(chǎn)生所需要的磁場強度。

另外,仿星器雖然能夠產(chǎn)生足夠的磁場,然而這些磁場畢竟是從外部影響到內(nèi)部,無法精確的控制內(nèi)部的核反應(yīng),因此,需要磁場優(yōu)化,才能精確的控制磁場。

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與這兩種技術(shù)路線不同的是,目前美國研究的方向是機關(guān)慣性約束,其就是通過高能激光束,與裝有核聚變材料的裝置相互作用,將內(nèi)部粒子快速壓縮和加熱到高能量密度狀態(tài),從而實現(xiàn)了核聚變反應(yīng)。

目前來說,激光慣性約束也有兩種方式,一種是直接驅(qū)動反應(yīng),另外一種就是間接驅(qū)動反應(yīng)。

直接驅(qū)動就是把高能激光束打向核聚變材料上,產(chǎn)生高壓和高溫,形成核聚變反應(yīng)。另外一種間接驅(qū)動,就是把高能激光束打入儀器中,利用激光與儀器內(nèi)部的等離子產(chǎn)生反應(yīng),進而壓縮核聚變材料,產(chǎn)生核聚變。

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目前來說,機關(guān)慣性約束已經(jīng)實現(xiàn)了能量增益,也就是說核聚變輸出的能量,已經(jīng)高于高于輸入的能量。

但就目前來說,雖說美國的激光慣性約束走在前面,但是其有一個先天劣勢,那就是需要高能激光,也無法大型化,這也是為何目前國際合作的組織,大多選擇了托卡馬克裝置,而不是機關(guān)慣性約束裝置的原因。

目前階段,人類實現(xiàn)可控核聚變技術(shù),總體上來說,就是兩種技術(shù)路線,一種是利用磁約束,一種就是利用激光激發(fā)。

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而這兩種技術(shù)路線的國家,代表的就是中國的托卡馬克裝置,還有美國的激光慣性約束,未來,也只會從這兩種技術(shù)路線上實現(xiàn)可控核聚變的可能。

而相對于美國的技術(shù)路線,中國所選擇的技術(shù)路線目前來看,看來更加靠譜,目前中國規(guī)劃的核聚變試驗堆(CFETR),計劃于2035年建成,輸出能量達到輸入能量的10倍以上,也就是達到商業(yè)發(fā)電的門檻,到那個時候,可控核聚變技術(shù),將會率先在中國人手上實現(xiàn)。

而人類文明的未來,也將掌控在中國人手中了。