2025年1月20日中国的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),在安徽合肥再次刷新世界纪录。1亿摄氏度1000秒稳定运行。这一成果不仅是物理学与工程学的里程碑,更在全球能源版图中写下浓墨重彩的一笔。
托卡马克装置被誉为人造太阳其核心目标是通过模拟太阳内部的核聚变反应,为人类提供一种清洁可持续的终极能源。1亿摄氏度是实现核聚变反应的基本温度门槛,因为在这样的高温条件下,氘和氚的原子核才能克服库仑屏障实现聚变。而1000秒的长脉冲运行则标志着核聚变装置开始具备实际稳定发电的能力。此时科学家们已经从基础研究迈向工程实践,距离聚变能商用更近一步。
这两个数字的达成是数十年科研攻坚的成果。EAST在过去的十多年里经历了15万次以上的实验,整合了超高温、超低温、超高真空、超强磁场和超大电流等尖端技术,最终实现了亿度千秒的壮举。这背后是近百万个零部件协同工作的完美配合,是近2000项自主专利的技术支撑。
回顾EAST的发展历程,可以清晰地看到技术的每一步跨越。从1996年立项到2006年运行,从2006年的短暂放电到2025年的长脉冲运行,EAST的每一次突破都在缩短核聚变商用的时间表。尽管亿度千秒的突破令人振奋,但真正实现可控核聚变商用,还需要跨越更高的门槛。
聚变增益(Q值)这是核聚变研究的核心指标。Q值是产出能量与输入能量的比值,目前全球托卡马克装置的Q值大多小于1,而商用核聚变要求Q值至少大于5,理想状态下达到30甚至更高。
长时间稳定运行,除了高温外,高约束等离子体需要在长时间内稳定存在。目前EAST已实现接近20分钟的稳定运行,而商用核聚变需要至少2小时的持续发电能力。
系统能效优化,要让核聚变发电具有经济竞争力,不仅需要能量产出大于能量消耗,还需要显著降低成本,包括燃料、设备以及维护的开销。
在全球范围内国际热核聚变实验堆(ITER)是目前最大的核聚变项目,计划于2035年实现Q值大于10的目标。然而中国并未完全依赖这一国际合作项目,而是选择同步推进自己的聚变工程试验堆(CFETR)。CFETR计划于2030年建成,其目标是填补ITER与商用核聚变电厂之间的技术空白。
中国的聚变能源计划显示出清晰的时间表,2024年通过新原子能法,2035年实现工业原型堆,2050年实现商业应用。这不仅是技术实力的体现,更反映了中国在能源转型中的战略定力。
对于今天的年轻人来说,2050年可能意味着一个全新的能源时代。届时核聚变或许已经不再是实验室里的梦想,而是全球电力供应的重要支柱。与风能、太阳能等现有可再生能源相比,核聚变不仅清洁高效,更具有能量密度高、资源分布广泛的优势。
然而技术的进步需要时间的沉淀。就像从1秒到100秒用了十年,从100秒到1000秒又用了十年一样,核聚变商用的每一步都需要稳扎稳打。
科学家们的努力让我们得以怀揣希望,相信这一能源革命将在有生之年到来。感谢所有为之付出的科学家与科研工作者,是他们点燃了人类未来能源的曙光。
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