中国东风反应堆树立新的核聚变里程碑

中国的HT-7U反应堆，被称为EAST（实验先进超导托卡马克），几周前成为媒体关注的主题，创造了新的聚变记录。从核聚变到能源生产的道路仍然漫长而曲折，但地球上众多实验取得的微小进展是关键的第一步。

从航空航天到物理学，中国在各个领域都取得了重大进展。此外，中国希望在核聚变物理学领域取得进展。据新华社报道，EAST反应堆能够使等离子体在高温下保持稳定1056秒（17.6分钟）。这比去年年中创下的 101 秒记录有了显着提高。它的工作原理是氘，氘是一种在自然界中大量发现的稳定氢同位素。

在中国东部安徽省省会合肥进行的实验由中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）研究员龚显祖指导。有关更多详细信息，我建议阅读这篇文章。

托卡马克

实验先进的超导托卡马克是位于中国合肥 (EAST) 的核聚变反应堆之一。它是一种托卡马克或“甜甜圈”结构，可产生高温等离子体，该等离子体由在零以下数百度运行的强大电磁体控制。

磁性线圈缠绕在甜甜圈周围，以保持等离子体悬浮并远离管的内壁。该设计的目的是使机器达到适合受控热核聚变过程的温度，该过程涉及将轻原子核融合在一起并提取产生的能量。

据EAST研究人员介绍，该实验设备目前已完成三个目标：运行周期超过1000秒，温度达到1.6亿度，电流达到100万安培。12 月 30 日，第一个进球被打进，将之前 101 秒的纪录打破了 10 倍。

到 5 月，该反应堆已达到新的温度记录（1.6 亿摄氏度），超过太阳温度约 10 倍。12 月 30 日，它能够实现持续时间记录，保持高温等离子体（约 7000 万摄氏度）连续运行 1056 秒，即 17.6 分钟。

启动核聚变过程需要数亿度的温度，但还不够。实现可接受的等离子体密度和足够长的限制期是另外两个关键要求。元素的原子核（正电荷）必须靠得足够近，才能使强核力克服库仑势垒的排斥力。适当的等离子体条件可以通过由于等离子体加热而增加压力来实现。要达到这样的压力和密度水平，需要数千万或数亿度的温度。

事态发展

EAST 的最终目标是通过利用海洋中丰富的氘提供源源不断的清洁能源，以与太阳相同的方式实现核聚变。

与煤炭、石油和天然气等有限且对环境构成威胁的化石燃料不同，“人造太阳”所需的原始元素在地球上几乎是无限的。因此，聚变能源被视为人类未来的完美“终极能源”。

核聚变需要天文数字般的高温。就太阳而言，1500 万度就足够了，因为它还承受着难以置信的高压。这种点火能量在严酷的温度下是物理上可行的，而不是在表面上的过度压力下。要在反应堆内产生聚变，所需的“幻数”大约是 1 亿摄氏度。

由于核聚变至关重要，这些类型的测试有望在几十年内产生大量能量。核反应的主要问题，也是该技术发展的主要对手，是高温的管理。根本问题是等离子体限制：因为没有可以承受这些极端温度的天然“容器”，所以必须采用另一种技术，即磁限制。磁约束需要使粒子围绕场的力线旋转，使它们远离容器壁并防止它们被破坏。

几个主要国家正在领导核聚变能发电的科学研究。其中包括美国、中国、俄罗斯、印度、韩国、日本和欧盟。聚变为人类过渡到后碳未来带来了巨大的希望。首先，这些只是承诺：核聚变技术预计将在 2050 年之前可用。这是我们希望生活的三分之一的时间，三十年的研究、成功和失败，以及科学家的整个职业生涯为这项事业献出了自己的一生。

审核编辑 黄昊宇