综合印度媒体《欧亚时报》和港媒《南华早报》报道,最近中国的“人造太阳”计划取得了显著的突破。据印度媒体称,中国一直在持续推进“人造太阳”计划,是为了获得能够“取之不竭”的核聚变能力,目前从事该项目的中国科学家,发现了一种以前未知的等离子体运行模式,可以实现更可靠,更高效,更稳定的核聚变能源生产,将为国际核聚变合作项目作出巨大贡献,造福全世界。
据印度媒体称,中国科学家在全超导托卡马克核聚变实验反应堆(也就是咱们通常所说的“人造太阳”或者“东方超环”)上演示了一种被称为超Ⅰ模式的突破性新型等离子体运行模式。根据中国科学院合肥物质科学研究所给出的消息,2021年12月,合肥“东方超环”反应堆,在破记录运行17分钟后首次发现超Ⅰ模式。这种新发现经过了世界顶级核科学家的严格同行评议审查,并在2023年1月6日发表在国际领先期刊《科学进展》上。
印度媒体指出,新的高限制和自组织的超Ⅰ模式体现了“东方超环”的先进性和可靠性,并为世界和科学家提供了有关如何保持等离子体稳定和长时间运行的新技术,这种破记录的运行是利用磁场将自由移动的电子和氢离子组成的等离子体气体加热到7,000万摄氏度的高温,从而成功的在等离子体边缘和更远的等离子体中储存超高能量。根据这项由中国科学家主导的研究,以及其来自美国、欧盟和日本等国的合作者的说法,该研究所进行的进一步测试表明,这种新型的超Ⅰ模式在国际热核聚变实验反应堆ITER中具有很大的应用潜力。
目前世界上最大的聚变反应堆——国际热核聚变实验反应堆——目前正在法国临近南部地区制造,负责国际热核聚变实验反应堆和等离子体操作的物理学家理查德·皮特斯,据称也是中国这项科学研究的审稿专家,其表示这项最新的研究成果,对于国际热核聚变实验反应堆以及核聚变技术的发展是一项重大突破性成就。皮特斯补充说明,“东方超环”的这一项测试至关重要,因为这项实验首次揭示了托卡马克等离子体可以维持和调节超过1000秒的超长时间持续脉冲——这正是国际热核聚变实验反应堆的长期目标之一——现在已经被中国科学家实现了。
皮特斯指出,与超长脉冲操作相关的众多挑战,目前显然已经有相当一部分在中国科学家手中解决了,这对于国际热核聚变实验反应堆项目推进是相当有意义的事情——即便“东方超环”试验设备的尺寸比国际热核聚变实验反应堆要小不少,但是其相应的技术仍然是具备通用性的,这让国际核科学界都感到非常振奋。
这项研究的第一作者,也就是我国中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛表示,如果我们把核聚变的过程看成是一道闪电,那么研究人员的目标就是要将尽可能多的闪电聚集到一个“磁笼子”中间,从而形成一个可稳定、持续朝外输送能量的大型“磁笼体”,并使这些能量为人类所用。宋云涛表示,在东方超环上所发现的新等离子体运行模式,使得中国科学家能够捕获更多的这类“闪电”,同时使其在较长的时间内维持稳态运行,确保能量输出效率。
超Ⅰ模式有什么独特之处?核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程,聚变的同时会释放出巨大的能量,这也是太阳和恒星能量的来源。科学家的目标,是在地球上重新打造一个“人造太阳”,并希望把整个聚变的过程很好的控制起来,从而让人类社会能够获得一种更新的、更高效的、更环保的能量获取方式。其中最有前途的路线之一,就是通过“东方超环”或者“国际热核聚变实验反应堆”等托卡马克装置所实现的可控核聚变。
目前可控核聚变的重要挑战仍然在于产生高性能等离子体,并将其限制足够长的时间,以使得氢结合以产生像太阳能一样的净功率。来自合肥等离子体物理研究所的刘志宏表示,核聚变科学家使用控制参数(或者叫“模式”)的方式来控制等离子体的状态,影响等离子体状态的因素包括有温度和能量。包括“东方超环”在内的大多数现代托卡马克装置主要以高限制模式或者H模式,这项技术也使得国际热核聚变实验反应堆这样的大型核聚变反应堆成为可能。
H模式首次是1982年在德国的托卡马克装置上被检测到的,H模式在限制等离体方面的效率至少是以前的低限制模式的100倍,不过H模式操作还有一个显著的缺点,就是它可能会导致等离子体边缘突然释放能量并损害附近的材料。为了避免H模式产生这种损坏,核科学家最近探索出了Ⅰ模式,这是一种改进的高限制模式,其中核聚变能量会通过一种更为稳定连续的过程来释放。
但是很快中国科学家就发现与Ⅰ模式相比,一种新发现的模式大大增强了对聚变能量限制的能力,因此这种新发现的模式就获得了“超级Ⅰ模式”的称号,简称“超Ⅰ模式”。皮特斯指出,由于目前仅在“东方超环”上观察到超Ⅰ模式,而世界上其他地方的核聚变实验室还没有观察到过这种模式,所以目前还不能完全确定国际热核聚变实验反应堆是否一定可以应用这种模式?毕竟国际热核聚变实验反应堆虽然类似于“东方超环”,但却是在更庞大、更高级的场景中运行的。无论如何,“东方超环”的突破性实验成果,都会为国际热核聚变实验反映对项目提供更充分的操作经验和技术基础。
皮特斯说在,在传统的H模式下,国际热核聚变实验反应堆只能达到大约500秒的等离子体持续时间,但是如果应用“东方超环”上发现的这种超Ⅰ模式,那么国际热核聚变实验反应堆等离子体持续时间可能会运行达到超长的3000秒,实现6倍提升。
他还补充说,“东方超环”是世界上第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应实验性装置。自从2006年以来,“东方超环”反应堆已经支持在中国国内和全球核聚变科研界进行的数千次实验,对核聚变理论、实验技术的发展和人类真正利用核聚变,提供了宝贵的经验和技术积累,可以说是中国技术造福世界的一大典范。