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让“人造太阳”从东方升起(砥砺奋进的5年·中

发布时间:2017-12-03 阅读:

  让“人造太阳”从东方崛起(奋进五年,中国气温) - 新闻中心 - 科学网

  让50万摄氏度的等离子稳定燃烧100.12秒。这是今年7月份中国超导托卡马克实验装置创造的新纪录,其意义不仅在于实现超高温,而且是在百秒级的高限运行控制模式上测试等离子体。

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  中国超导托卡马克实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST,又称东方超环)是在真空室内加入少量氢同位素氘或氚,通过变压器原理产生等离子体,然后增加其密度,发生温度发生聚变反应,反应会产生巨大的能量。其原理与太阳聚变的原理基本相似,所以东方超环也被称为中国的人造太阳。

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  燃料的核聚变是氘和氚,自然界中的物质几乎是无限的。当融合产生大量能量时,几乎没有污染,也没有放射性核废料,这是迄今已知的最重要的方法之一,最终可以解决人类的能源和环境问题。 20世纪30年代,提出了融合原理,但受控核聚变的条件非常苛刻。我们知道太阳的中心温度可以达到1500万摄氏度,加上巨大的核聚变压力,地球上人类获得有限条件的压力只能通过将温度提高到数亿这种高温而没有任何固体材料可以承受,只能受到强磁场的束缚,导致磁约束熔合,产生强磁场并进行核约束熔合的反应设备是托卡马克。托卡马克装置通电后产生一个巨大的螺旋磁场,将等离子体加热到非常高的温度以进行核聚变,第一代托卡马克装置是由苏联科学家阿兹莫维茨等人在20世纪50年代发明的。

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  20世纪90年代初,中国引进了苏联的托卡马克装置,并大幅改进,建造了HT-7超导装置。 2003年3月,HT-7等离子体放电时间超过一分钟,时间最长,放电时间达到63.95秒,成为法国后第二个能产生一个数量级高温等离子放电的托卡马克装置。以HT-7为基础,中国科学家自主设计并制造了世界上第一台完全超导托卡马克装置EAST,已有10年历史,EAST装置主机部件高11米,直径8米,重400吨,高真空室,垂直磁场线圈,磁场线圈等六大元件的极性元件,集中在极端温度,超低温,大电流,超磁场,超高真空等多个领域。整个项目率达到90%以上,自主研发率达到70%以上,拥有自主知识产权的技术和成果达到68项。

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  EAST的建成使中国成为世界上少数几个拥有这种超导托卡马克装置的国家之一,并将中国的MRA研究水平推向了世界前列,在完成之后,EAST进行了几次成功的实验,托卡马克运行的世界纪录数量在2012年,EAST实现了约30秒的高限制等离子体放电2013年1月,EAST再次获得了重要的实验结果,其中性加热系统(NBI)成功实现了100秒的长脉冲氢在综合测试平台上进行中性束抽取,初步验证系统的长脉冲运行能力。在2016年,EAST获得了60秒的完全无感电流驱动(稳态)高限制模式等离子体。以下是今年7月份取得的显着成绩。

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  在大力推动托卡马克装置研制和试验的同时,积极参与ITER ITER项目。该计划是世界上规模最大,影响力最大的国际科学合作项目之一,旨在探索以聚变能源和平利用为基础的融合的科学和工程技术可行性。根据协议,为ITER项目提供组件是中国参与的重要途径。

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  2013年8月,中国研制生产了ITER超导电缆的大电流,高温超导直流电缆。 2016年4月,中国承担了法国ITER第一台超大型脉冲高压变电站(PPEN)主变压器的生产和设计。 2016年12月,中国核工业集团公司西南物理研究所过热的国际热核聚变核心部件首台壁式样机在全球率先通过权威机构认证。这是中国首次批准国际热核聚变项目的一大贡献。目前中国已经上升到国际热核实验堆(ITER)七方采购包进展中的第一位。在核聚变领域,中国人不再是一个小角色。通过参加ITER ITER计划,中国进一步提升了装备制造能力,培养和培养了一批专业人才。

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  1亿摄氏度,1000秒,这是中国科学家和东方超级环东追求的目标。因为只有氘,氚等离子体瞬间升温到100万摄氏度,并持续至少1000秒,才能形成持续的反应,核聚变可以被人类利用。

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  在积极推进EAST试验的同时,中国已经瞄准下一个目标:设计和建造自己的下一代核聚变装置。 2011年,中国融合工程实验反应堆(CFETR)开始设计研究。近几年来,该项目围绕中国磁约束聚变研究的骨干组建了强大的国家队,努力消化ITER和国际磁约束聚变堆的设计和技术,大胆创新2015年8月,中国成功完成了核聚变反应堆的概念设计,据悉目前相关设备已经完成设计研究并开始进行工程设计,预计中国将在此基础上进行新的探索和实践为人类提供清洁无限的核聚变能源领域,为人造太阳早日兴起做出了突出贡献。

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