电子温度达到1亿度 中国“人造小太阳”又进步了

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  原标题:电子温度达到1亿度,中国“人造小太阳”又进步了

  来源:科技日报

  “等离子体中心电子温度达到1亿度。”短短一句话让网友兴奋了。11月12日,中科院等离子体物理研究所发布消息,EAST核聚变装置在2018年实验中再破纪录。

这是有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置EAST。新华社发(马启兵 摄)
这是有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置EAST。新华社发(马启兵 摄)

  核聚变就像氢弹爆炸或太阳内部反应,温度超高,一般容器没法盛放。被寄予最大希望的核聚变实验方案叫“托卡马克”——用超强的磁场约束高温的核燃料。EAST又称东方超环,是中国研制的世界第一个非圆截面全超导托卡马克。它外形像一个甜甜圈,它使用超导体,以最小的能耗获取最强的磁场。

  EAST近年来一直走在国际竞争最前列,在高性能、稳态、长脉冲等离子体研究方面成绩傲人。比如去年EAST创造了“101.2秒高约束模等离子体运行”的稳定时间世界纪录,就引起舆论热议。

  “描述等离子体的参数很多,比如稳态运行时间、密度、电子温度、离子温度等等,都很重要,我们希望所有的参数同时提高。”中科院等离子体物理研究所所长万宝年说,“这次大家关注的‘1亿度‘是电子温度。媒体喜欢简化成‘等离子体温度1亿度‘,实际上除了电子温度还要看离子温度。”

  氘和氚发生聚变需极高温度(氢弹用原子弹起爆来点燃)。高温下,物质离散成较轻的电子和较重的原子核-离子(这也是它能被磁场约束的原因)。万宝年说,电子和离子的温度有差异,要用不同技术分别加热,用不同技术分别测量。

  此次等离子体中心电子温度达到1亿度,主要归功于电子回旋与低杂波协同加热两项技术。

科研人员在进行EAST装置内部检查。资料图。新华社发(马启兵 摄)
科研人员在进行EAST装置内部检查。资料图。新华社发(马启兵 摄)

  “EAST就好比一个炉子,要让它的内部足够热。一要提高加热效率,二要让热量更慢跑出去。“万宝年说。”炉子越大,越容易提升核心温度。EAST比较小,实现电子温度1亿度比较难;将来ITER(国际热核聚变反应堆)用同样的办法实现2亿度,就容易多了。“

  万宝年说:“实验在8月份就已经完成,但当时没有立即发布,因为确保数据准确需要重新校核所有的测量设备和大量计算。一个手段测量出来的数据,需要用其它手段的测量来验证,并且多种手段的测量结果经过物理计算要自洽。“

  “得到实验结果时,我并没有太激动,因为这是预料之中的。“万宝年说,”这次的实验是我们长期计划中一个点上的阶段性成果。我们更加关注的等离子体综合指标的提升,这个科学价值更高,对未来聚变堆的借鉴意义也更大,但因为太专业,大家对此不是太关注。“

  值得注意的是,今年实验中,EAST蕴含的能量创了纪录,它通过优化稳态射频波等多种加热、电流驱动技术在高参数条件下的耦合,以及先进等离子体控制技术,实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦。

  相关研究成果是10月下旬在印度举办的第27届国际聚变能大会上公布的,国际同行给予高度评价。11月12日消息在国内发布后被广为转发。

  EAST此次实验的“射频波加热、低动量注入、钨偏滤器“等技术的组合,将为ITER和正在设计中的中国聚变工程实验堆CFETR提供重要的实验依据与科学支持。

  ITER是2006年成立的国际最大科学合作项目,旨在为未来的聚变发电厂示范。作为合作方之一,中国未参与ITER的设计。ITER前期进度较慢,受到质疑。

中法科学家见证EAST遥操作维护系统调试成功。资料图
中法科学家见证EAST遥操作维护系统调试成功。资料图

  2007年参与ITER计划后,中国承担制造一些关键部件,则高效按期完成,广受赞誉。如反应器抗强辐照的内层;有强大的阻氚涂层的送氘系统;特种不锈钢,等等。这些技术都可用于中国自己的聚变堆。

  除了EAST,中国著名的核聚变实验装置还有核工业西南物理研究院的中国环流器。中国的聚变研究自有优势:EAST长时间稳定运行领先世界,中国环流器在等离子体加料等方面很有经验。

  中国工程院院士李建刚在一年前的ITER回顾会议上曾表示,中国已具备从堆芯到工程所有环节的设计能力。

  计划中的CFETR是集全国智力的下一代聚变堆。中国工程院院士万元熙介绍说,CFETR的任务是在ITER和未来的核聚变电站之间架起桥梁。CFETR被期望在后期阶段实现“Q大于25”的目标,即每消耗1份能量,释放出25份能量;而ITER的目标是Q大于10。

  记者 高博

责任编辑:闫宏亮

来源:新浪网