科幻大片《流浪地球》的片段让人记忆犹新,太阳能量将耗尽,之后变成一颗膨胀的红巨星,地球将被吞没,地球人类不得不启动“流浪地球”计划,建造万座核聚变行星发动机,将地球推离轨道。
地球带着人类启动了漫长的星际之旅,前往另一个可居住的恒星系,由于星际空间过于寒冷,地球大气在大量流失,人类不得不居住在温暖的地下。
如果这事要是摊到现实世界,或许就不用流浪地球了,因为中国核聚变实验再创纪录,“中国太阳”爆发了403秒,如果按当前速度发展下去,人造太阳不是梦,即便太阳真的熄灭了,我们也不怕了。
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可能跟我们想象中的不一样,“中国太阳”在一个名为全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)内密封的状态中进行,EAST容器提高温度和压力,让聚变材料发生反应,产生强大能量。
自全超导托卡马克核聚变实验装置建立以来,中国科学家对它进行了122254次实验,多次获得重大突破,2021年5月,EAST内的“中国太阳”产生了1.6亿℃,持续了101秒,这是一次重大突破。
2023年4月12日,EAST内的“中国太阳”持续爆发了403秒,再次获得重大突破,中国核聚变实验再创纪录,这意味着离人类创造“人造太阳”的日子又近了一步,离核聚变能发电的也不远了。
同等单位质量而言,核聚变释放能量是核裂变的4倍,核聚变材料有氢(H)的三个同位素氕(P)、氘(D)、氚(T)等,核聚变过程:氕氕反应成氘,氕氘反应成氚,氘氚反应成氦,原子核在增大的同时释放出能量和中子。
太阳是核聚变反应,产生源源不断的光和热,如果人类真正掌握了核聚变技术,灵活运用核聚变能,遇到《流浪地球》太阳能量耗尽灾难,我们不用流浪地球了,可使用“人造太阳”照明和取暖。
世界上对受控热核聚变能的研究方向有两个,一个是惯性约束核聚变,用高能激光照射氘氚靶标产生聚变反应,美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF)属于惯性约束核聚变。
2022年12月,美国科学家宣布核聚变获重大突破,获得了“净能量增益”,输入1.8MJ的高能激光束,输出了2.5MJ的能量,Q值高达1.3888,但实际上并没有计算400MJ的电力输入。
另一个是磁约束核聚变,利用强磁场来约束带电粒子,将氘氚气体约束在强磁场中,然后提高温度和压力,达到数亿摄氏度高温,产生聚变反应,中国全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)属于磁约束核聚变。
托卡马克(Tokamak)装置最早由上个世纪50年代前苏联科学家发明,事实证明它可以产生稳定的聚变能量,在装置内的真空环境中加入少量氘或氚,使其变成等离子体,提高温度和密度,产生聚变反应。
2022年10月,中国全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)给等离子体加压和加磁电流突破100万安培,离子体最高温度可达1.5亿摄氏度,当装置内的氘或氚发生聚变反应时,出现火红色的“甜甜圈”。有趣有料的科学内容请关注唯一的微信公众号:有趣探索
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