能源是驅(qū)動萬物運行的根本動力?,F(xiàn)今人類使用的能源主要有化石能源(煤、石油、天然氣)、風能、水能、太陽能和核能(核電站發(fā)電),但這些能源都存在諸多缺陷,如面臨資源枯竭、環(huán)境污染、危害健康和生命(核電站事故產(chǎn)生輻射)、受限于氣候或地理條件等,因而不能全面和充分地滿足人類需求。
然而,核聚變產(chǎn)生的能源,既可以充分滿足人類需求,又沒有污染環(huán)境和危害人類、生物的弊端。
人類生產(chǎn)和生活的各個方面,都可以采用核聚變能源。雖然不是“永動機”,但核聚變可以超長時間地提供能源。
核聚變的產(chǎn)物為氦和中子,不排放有害氣體,也不危害生命和健康,有助于讓生態(tài)和環(huán)境保持良好狀態(tài),減少地球上的溫室效應(yīng)、酸雨、霧霾。而且,由于原料從海水中就能獲得,核聚變能源的獲得成本將極為低廉。
我國從2020年12月4日HL-2M在成都建成并實現(xiàn)首次放電,到2021年5月28日EAST創(chuàng)造新的世界紀錄,近年來,我國核聚變發(fā)展取得重大突破。
萬物生長靠太陽。
太陽的核心溫度在1 500萬~2 000萬攝氏度,而地球上的金屬材料在1 000攝氏度左右就會融化。西物院聚變科學所副所長鐘武律介紹,中國的“人造太陽”所要做的,就是在地球上建一個能夠承受住1億攝氏度、甚至超過2億攝氏度高溫的裝置。
這種裝置的原理是和太陽發(fā)光發(fā)熱的原理是類似的,就是核聚變的原理,所以它不是一個新的太陽,而是一個聚變裝置,或者我們說它是一個聚變堆,我們最終的目的就是要利用它來實現(xiàn)核聚變,并且釋放能量,用來發(fā)電。
核聚變實際上是整個宇宙的能源,建造“人造太陽”也是為了通過核聚變反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定地輸出能量,最終解決人類的能源問題,從而造福人類。由于核聚變的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的原理很相似,所以,這些以探索聚變清潔能源為目的的裝置被人們稱為“人造太陽”。
“人造太陽”是如何發(fā)電的
目前,EAST、HL-2A、HL-2M都屬于“人造太陽”實驗裝置。
而HL-2M是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置。這個裝置是我國自主設(shè)計建造,采用了先進的結(jié)構(gòu)和控制方式,具有先進的偏濾器位形的優(yōu)勢。它是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的托卡馬克裝置,它的體積是目前國內(nèi)現(xiàn)有裝置的兩倍以上,等離子體的電流能力可以提高到2.5兆安,等離子體離子的溫度可以達到1.5億攝氏度,也就是說是太陽核心溫度的10倍。
核聚變,又稱核融合,簡單地說,就是兩個質(zhì)量較輕的原子核融合在一起形成一個重核的過程,它與核裂變原理相反。人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變,如氫彈的爆炸。
鐘武律介紹,想利用核聚變能,就必須要讓核聚變變得可控,這就意味著必須要滿足三個非??量痰臈l件:
“第一個條件,它需要的溫度特別高,因為只有溫度特別高,這個原子核才會具備足夠高的動能,也就是原子核才會跑得更快。
第二個條件,等離子體的密度要足夠高,高的概念就是原子核之間碰撞發(fā)生聚合反應(yīng)的概率要提高。
第三個就是要長時間地控制住這些原子核,就是將高溫、高密度的核反應(yīng)條件維持足夠長的時間,
這樣才能夠使核聚變發(fā)生,并且可以持續(xù)下去?!?/p>
然而在地球上,沒有任何材料可以把1億攝氏度高溫的等離子體給直接包裹起來。但是科學家想到了一個辦法——用強磁場的方式,把帶電粒子約束住。
“人造太陽”離我們并不遙遠。
我國核能發(fā)展實施“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰(zhàn)略中,將聚變能作為解決能源問題的最終一步。
人類對于清潔能源的期待是沒有廢氣、沒有放射性廢物排放且資源豐富的一種能源。
核聚變能恰恰就是這樣一種能源。
第一,核聚變的反應(yīng)燃料,它的資源是非常豐富的,其中核聚變反應(yīng)的燃料氘是可以從水里面提取的。
第二,核聚變的反應(yīng)是具有固有安全性的,它不存在所謂的不可控,不會存在所謂的爆炸。
第三,因為核聚變反應(yīng)不會排放廢氣,不會有溫室氣體的產(chǎn)生,也不會產(chǎn)生長壽命的放射性產(chǎn)物。
所以,它是目前人類認識到的最理想的能源。
當下,從國際國內(nèi)核聚變研究發(fā)展的概況和現(xiàn)狀來看,業(yè)界普遍認為,預計在21世紀中葉能夠?qū)崿F(xiàn)聚變能的商業(yè)應(yīng)用。
畢竟支撐人類社會運轉(zhuǎn)的幾乎一切能源,從煤、石油、天然氣,到風能、生物能,其本質(zhì)都是太陽能,而太陽上的能量來自內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。當人類發(fā)現(xiàn)太陽產(chǎn)生能量的原理(核聚變)之后,便找到了無限能源的可能性。
更重要的是,核聚變技術(shù)是一項幾乎完美的技術(shù),不會產(chǎn)生污染且近乎于無限使用。未來一旦掌握這項技術(shù),人類將踏入無限能源時代。
核聚變是理想的終極能源。
核聚變能一旦實現(xiàn)和平利用,地球上的能源將取之不盡、用之不竭,因能源短缺帶來的社會問題可得到徹底解決,人們的生活水平也將因此而得到極大提高。