中国的科学家们正在努力建造一个能够产生无限、低成本能源的核聚变反应堆。现在,他们已经实现了超过1亿摄氏度(1.8亿华氏度)的持续等离子体温度,持续时间达到前所未有的1066秒,创下了世界纪录。
这一里程碑于周一在合肥等离子体物理研究所的实验先进超导托卡马克 (EAST) 设施中实现,超过了EAST 在 2023 年4月创下的403秒的纪录。
研究人员正在对中国“人造太阳”项目的实验装置进行测试,这是实现聚变反应堆的关键一步。
该研究所所长宋云涛说:“要实现自持等离子体并使聚变发电厂能够持续发电,聚变装置必须在稳定状态下高效运行数千秒。”
科学家们表示,要在地球上实现可行的核聚变,等离子体温度必须高于太阳,以弥补地球质量较小的缺陷。据主流估计,太阳核心的温度约为 1500 万摄氏度。
周一的突破重现了未来聚变反应堆所需的条件。“突破 1 亿度和 1000 秒的门槛,证明了我们有能力模拟未来聚变发电厂的运行环境。”
宋云涛表示,实验还采用了高约束模式(被认为是未来聚变反应堆的主要高效运行模式),这为正在进行的国际热核聚变实验反应堆 (ITER) 等项目提供了宝贵的见解。
聚变将轻原子核结合成更重的原子核,在此过程中释放出大量能量。正是这种反应为太阳和其他恒星提供能量,是宇宙中最基本的能源之一。
与传统能源不同,核聚变使用丰富的原材料,不会产生温室气体排放,是解决人类能源挑战最有希望的解决方案之一。
然而,复制太阳内部的条件仍然是一项艰巨的挑战。核聚变装置必须将等离子体(一种极热的带电物质状态)加热到 1 亿摄氏度以上,并维持足够长的时间以触发核聚变反应。
托卡马克装置是科学家们目前正在研究的核聚变技术的前沿。这种甜甜圈形状的装置使用强大的磁场将等离子体限制并加热到极端温度。
位于合肥的超导托卡马克实验中心EAST 于 2006 年建成,是世界领先的核聚变研究平台之一,迄今为止已进行了 15万多次等离子体操作。通过一系列测试,该团队已将等离子体操作时间从 30 秒逐渐延长到 1066 秒。
在高约束模式下运行面临着巨大的挑战,例如等离子体温度和密度的突然下降可能会损坏托卡马克的关键部件。
EAST的研究人员通过优化加热系统、提高控制精度和改进诊断方法解决了一些问题。团队负责人表示,这些进步使科学家们能够实现超过17分钟的运行稳定。
据相关媒体报道,从事中国下一代“人造太阳”项目——聚变工程试验反应堆(CFETR)的科学家已经完成工程设计阶段,该设施预计将于2035年投入运营。
与此同时,国内商业聚变公司也在不断发展壮大。 2023 年,总部位于上海的初创企业能量奇点利用其洪荒70装置产生并维持等离子体,这是世界上第一台由私营公司建造的全高温超导托卡马克。