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视频 | 他们想在这个小岛上,造出一个“太阳”

 lpl求知获识 2019-10-09
当技术成为了牵动改革的重要参数,那些利用新技术、新业态为改革赋能的创造者,那些知识密集、智力密集、推动中国实现创新驱动发展的新型劳动者,他们就是——新动力人群
今天,请他们来谈谈自己的故事。


煤炭、石油、天然气这些化石能源,赋予了我们现代文明,但其不可再生性和引发的环境问题,同样带给我们巨大的困扰和伤害。
解决方案,就是核聚变——人类能源的终极目标。这是跟太阳一样的能源。
这也是中国科学院等离子体物理研究所的科研人员对未来的畅想,在蜀山湖畔的董铺岛上,他们为了这个目标研究了几十年,这个岛也由此被称为科学岛。
他们想在这个小岛上,造出一个“太阳”。
核聚变是什么?
核聚变是个过程。
我们都知道,原子是构成物质的小粒子,是化学反应不可再分的最小微粒,但原子内部并不简单。

以最小的原子,氢原子为例,1个原子里有1个原子核,1个电子。原子核体积不大,质量却极大,因此能够紧紧束缚质量极小的电子,让电子围绕原子核运动。

在一定条件下,两个会互相靠近、吸引,碰撞在一起,其中的原子核就会发生聚合,从而生成新的、质量更重的原子核,同时释放一个高能量的中子。
这个中子,就携带着核聚变所产生的极高能量。 
而太阳的能量,正是来自于其内部发生的核聚变反应。

核聚变产生的能源,有什么好处?
中科院等离子体物理研究所研究员丁锐介绍,“我们选用的核聚变原料是氘和氚,氘在海水里直接就能提取,氚也可以通过人工制备获得。”
地球上极其丰富的海水,都将成为人类的能源。
“1升海水=300升汽油。”丁锐介绍。
而等到核聚变堆实现的那一天,就不用再担心能源问题了,人类赖以生存和发展的基础会彻底改变。
实现核聚变,靠什么?
目前被认为最有前景的人为可控制的核聚变,是磁约束核聚变,其中最有希望实现商业利用的概念,是被称之为“托克马克”的装置。
在科学岛上,中国科学院等离子体物理研究所的科研人员,默默地在这条道路上探索了几十年。
从1992年开始,两年时间,先后共46节火车车厢从俄罗斯运来设备。“他们打算把一个半超导托克马克装置赠送给其他国家,然后自己做一个更大的。”老所长霍裕平说,“那就送给我们吧。”
3年半后,科研人员们在这个基础上,组装出了自己的半超导托克马克装置——合肥超环HT-7
合肥超环HT-7运行后不久,科研人员又提出一个大胆设想:做一个更先进的全超导偏滤器托克马克装置
合肥超环HT-7都是半超导,而全超导呢?当时,世界上没有任何一个国家研制出全超导装置。
今天,岛上有一座直径8米、高11米、看起来像个巨大锅炉的装置,就是他们历时整整10年,自主设计建造的世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置——东方超环(EAST)。   
2006年9月26日,东方超环建成放电;10月16日,第21届世界聚变能大会在成都召开,时任等离子所所长的万元熙院士第一个作报告,向大会宣布了东方超环的建设成果。全场600多位国际聚变界专家学者全体起立,为中国东方超环建成鼓掌祝贺。
实现核聚变,怎么做?
我们自己的实验装置造好了,从“实验”到“应用”又有多远的距离呢?
核聚变反应,需要三个控制条件,即温度、密度、时间
“如果离子一不小心跑飞了,哪来的聚合?”丁锐解释,“所以温度乘以密度乘以约束时间,就是核聚变的三乘积。只有达到一定的值,才可以实现聚变点火。”
而东方超环,就是用来开展实验,如何有效提高这个值。
2017年7月,东方超环实现了101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,这个记录,至今保持着世界领先,从未被超越。
2006年“上岛”的研究员丁锐,是一名80后,他带领团队开展等离子体与材料的相互作用方面的研究,他们主要做的工作是“如何延长材料的使用寿命,减少对等离子体性能的影响”。

“核聚变需要控制在上亿度的高温条件下,而没有哪种材料能承受。虽然我们用磁场把等离子体约束了起来,仍有一些等离子体会接触到材料,一般材料都无法承受这样的冲击。所以我就要让材料受到的损伤最小。”

东方超环内部实验模拟图
丁锐说,实现核聚变虽然是一个崇高而远大的理想,但大部分时间都是默默无闻地埋头苦干,要承受孤独和疲惫,放弃一些同龄人的娱乐和享受。
但他依然热爱,“我喜欢探索类的工作,对未知抱有强烈的好奇心,这份职业也可以带给我很大的愉悦和满足感”。
追逐核聚变,将会走到什么时候、走到什么地方,恐怕没人知道。但过程中的每一点发现和思考,在未知中走出的每一个脚印,都是照向未来的一丝光亮。
因为坚持,才会有结果;而不是看到结果,才去坚持。
中国科学家追逐核聚变的道路,正是这样走出来的,也将继续这样走下去。

内容来源:全媒体总编室

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