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前段时间，中国“人造太阳”再度传来好消息，我国大型核聚变实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，首次实现等离子中心电子温度1亿摄氏度10秒运行。由于装置中心的超高温度堪比太阳，因此才有了“人造太阳”之称。对于在夏季高温下就已经酷热难耐的人类来说，这么高的温度确实难以想象。  为了能够更好地理解，我们需要对温度的概念有一个新的认识。日常生活中，温度一般是指感知的冷热程度，是宏观意义上的一个物理量。从微观角度来看，温度表现为微观粒子振动的剧烈程度，本质上是粒子平均平动动能的体现。分子的运动越剧烈，宏观表现出的温度越高。 科学界一致将绝对零度（-273℃）定义为宇宙温度的下限，而最高温度的极限却一直悬而未决。有人曾提出既然宇宙最快的速度是光速，那么当微观粒子的速度达到光速之时，粒子动能就会达到最大，最高的温度也就会产生。  但是根据狭义相对论，组成物体的粒子的运动速度不可能达到光速。如果非要说一个最高温度，那就只能是普朗克温度了，它大约为1.4×10^32 K。这一温度只在宇宙奇点大爆炸的瞬间出现过一次，因此现代科学认为，讨论比这一温度更热的温度是毫无意义的，很多人也就认为最高温度其实没有上限。 宇宙的最高温度没有上限，但是人类所能够制造出来的温度却一次又一次的突破极限。目前在宇宙中已知的最高温度是在双中子星合并过程中产生的，约为3500亿度。而人类制造的最高温度远远超过这个数值。根据美国《大西洋报》的报道，早在2012年，美国布鲁克海文国家实验室就创造出了4万亿摄氏度的高温。  然而，这一纪录很快被欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机所打破。这次的温度高达5.5万亿摄氏度，比原纪录高出了将近38%，几乎是太阳内部温度的25万倍。科学家让接近光速的金属粒子相撞，使中子和质子融化为一种和宇宙大爆炸后千分之一秒物质形态相似的“夸克-胶子等离子态物质“，进而释放出巨大的能量。 只有1600万℃的太阳已经是熊熊烈火了，地球上到底有什么物质能够承受得住超出太阳几十万倍的高温。我们已知的熔点最高的金属是钨，约为3380℃。即使是随着科学的进步，能够制造出比钨熔点还高的钛合金（4215℃）和铪合金（4000℃），也远远达不到承受几万亿度高温破坏的标准。 不过，我们要知道人类的智慧远远不是小小的温度所能阻挡的。20世纪50年代，前苏联科学家发明了环形磁约束受控核聚变实验装置，托卡马克。该装置利用通电后产生的环形螺旋磁场加速粒子运动，达到聚变目的，实现能量的释放。中国的“东方超环“正是世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。 该装置之所以能够承受如此高的温度，还要从它的构造说起。整个托卡马克装置之内几乎处于真空状态，只有非常稀薄的等离子体被约束在内。这一比例即使与稀有气体在空气中的占比相比，也是不值一提。而这些等离子体虽然在装置内部，但是并不会直接接触装置的内壁，加上周围没有传导介质，烧毁内壁根本不可能。 通俗来讲，几个几亿度的粒子成不了什么气候。由于数量太少，真正传递到装置上的热量可以忽略不计，在医学意义上甚至连你的头皮屑都破坏不了。目前的托卡马克装置主要是靠磁约束，即“用无形的河床约束有形的河水”，材料所能接触的周围环境比真空还空，不足以瞬间破坏材料。 本文参与#科学V计划# |
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