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揭秘“人造太陽”的“超強”內核
來源:科普中國網  |  發布時間:2021-02-09  |  瀏覽量:1453

? ? 太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度,為了在地球上造出“人造太陽”,我國科學家將“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強磁場”“超大電流”等極端環境“熔于一爐”。新春前夕,記者走近中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的大科學裝置“內核”,從多項尖端科技的突破中感受我國創新的勃勃脈動。

  太陽是地球最大的能量來源,它的表面溫度約6000攝氏度,內核溫度約1500萬攝氏度,像一個熊熊燃燒的大火球,每秒鐘散發出相當于1億億噸煤炭燃燒產生的能量。

  “太陽為什么能產生這么大的能量?因為它的內部持續不斷地在發生核聚變反應。”中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所王騰博士說,如果想要在地球上實現可控核聚變反應,造出“人造太陽”,需要實現1億攝氏度的等離子體、1000秒的連續運行時間和1兆安的等離子體電流,這些都是難度巨大的科技挑戰。

  高11米、直徑8米、重400多噸,站在有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)面前,記者產生了深深的好奇:這里曾實現了1億攝氏度的20秒等離子體運行,是如何做到的呢?

  “EAST像一個圓環形的‘大罐子’,在它的內部,集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強磁場’‘超大電流’等極端環境。”中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤說,能將這些尖端技術“熔于一爐”,充分體現了一個國家的綜合科技實力。

  為了實現1億攝氏度高溫,科學家使用了多種加熱手段,其中一種就是微波加熱。“家用微波爐的功率是500瓦左右,而EAST用了4種大功率加熱系統,總功率34兆瓦,相當于家用微波爐的數萬倍。”王騰說,不僅如此,地球上最耐熱的材料也只能承受幾千攝氏度,為了承載上億攝氏度的高溫等離子體,科學家用磁場做成“籠子”,而EAST內部的磁場強度達到地球磁場強度約7萬倍。

  為了達到強磁場,“人造太陽”還需要超過12000安培的超大電流,而承載大電流的線圈工作在零下269攝氏度的超低溫度,就在距離1億攝氏度高溫約1米遠的地方,那就需要實現地表大氣壓約一千億分之一強度的“超高真空”以“隔熱”。

  這些極端環境,讓“人造太陽”成為一個“超難”的集合體。

  “讓1億攝氏度超高溫和零下269攝氏度超低溫近距離共存,這是世界上沒人做過的事情,可以說困難無處不在、天天遇到。”中國工程院院士李建剛介紹,他與團隊在研究“人造太陽”的20年里,至少遇到5萬次失敗的實驗。

  “但幸福真的是一點點干出來的!”李建剛說,一年365天,科研人員幾乎天天泡在實驗室,從幾百萬攝氏度到上千萬攝氏度,從三千萬攝氏度、五千萬攝氏度到上億攝氏度,他們獨立發展出60多項關鍵技術,創造出一系列引領國際的技術參數,讓EAST大科學裝置屹立在世界的東方。

  一代代科研工作者自立自強、勇攀高峰的精神內核,支撐起中國“人造太陽”的強大內核。

  據了解,若要“人造太陽”產生的能源能為人類所用,穩態長脈沖等離子持續放電的時間要達到1000秒以上。“我們的夢想是,點亮世界上第一盞核聚變發電的燈。”展望新的一年,宋云濤說,“攀登高峰,唯有奮斗!”


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