1056秒!中国“人造太阳”运行时间突破千秒!

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Toutiao
最新回复:2021年12月31日 13点55分 PT
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新华社

据新华社报道,2021年12月30日晚,中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。EAST拥有类似太阳的核聚变反应机制,用来探索核聚变能源应用。

2021年5月28日,EAST成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。科研人员称新纪录进一步证明核聚变能源的可行性,也为迈向商用奠定物理和工程基础。

“人造太阳”EAST:向人类能源终极梦想迈进

据科技日报报道,地球万物生长所依赖的光和热,源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘,在地球上的储量极其丰富,足够人类利用上百亿年。

如果利用氘制造一个“人造太阳”来发电,人类就能够彻底实现能源自由。曾经童谣里唱的“种太阳”,正有望被人类一点点变成现实。

用羽绒服、牛仔裤换来托卡马克

制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题:用什么容器来承载核聚变?要在地球上利用核聚变能量,在人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿摄氏度以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多摄氏度。这意味着,找不到盛装如此高温等离子体的容器。

从20世纪50年代开始,我国与国际基本同步,开始了在可控核聚变领域的研究,并于1965年在四川乐山建成了我国核聚变研究基地——西南物理研究所(今中核集团核工业西南物理研究院)。当时,国际上不同的技术路线此消彼长,最终苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起,国际核聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克。

20世纪70年代,国家拟在合肥建造一个当时世界先进水平的大型热核反应实验装置。选择合肥的一个重要原因,是中科院电工所已于20世纪60年代在合肥建成一个储能达到2×108焦耳的大型储能电感装置(又称为“八号电感”)。此电感装置能为热核聚变装置的强大脉冲电源提供重要支持。当时策划中的托卡马克实验装置就被命名为“八号装置”,向国家申请立项的大科学工程项目就被称为“八号工程”。

20世纪90年代,我国用羽绒服、牛仔裤、瓷器等生活物资,换了苏联价值1800万卢布的T-7的半超导托卡马克装置。当时,经济情况非常困难,我国科研人员只能依靠自己的力量,对T-7及其低温系统进行了根本性改造。

通过科研人员的不懈努力,先后建成常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M等实验装置。1994年,我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”(HT-7)研制成功,使我国成为继俄、法、日之后第四个拥有超导托卡马克装置的国家,也是我国建成并投入运行的首个超导托卡马克装置。

1997年11月17日,中国科学院在合肥召开HT-7超导托卡马克装置鉴定会,鉴定委员会对建设HT-7装置的决策和工程设计研制及两年多的运行实验情况给予高度评价。

HT-7超导托卡马克装置与我国年轻的聚变人一起走过了17个春秋,这期间完成了第10万次放电。

2013年5月,HT-7正式被中国科学院和原环保部批准退役,成为我国首个获批退役的大科学工程装置。HT-7是一个传奇、一段历史,也是中国磁约束聚变研究走向世界前沿的见证。

边设计、边研发,“人造太阳”在中国点亮

1998年7月,国家“九五”重大科学工程“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”(也称“全超导托卡马克核聚变实验装置”,以下简称EAST)正式立项。2000年10月,EAST正式开工建设。

“EAST最大的创新点,是把全超导和非圆截面结合起来,产生稳态和以先进模式运行的等离子体,使研究人员能在稳态条件下对约束改善、破裂控制、粒子输运、能量平衡、功能材料和杂质控制等实现聚变堆稳态运行所必须面对的重大物理问题进行深入研究。” 在当时的EAST大科学工程团队的领军人物万元熙院士看来,物理上的先进性,必将带来工程上的巨大挑战。

在20世纪90年代末,中国聚变工程技术和超导工业十分薄弱,没有研制大型超导磁体、大型低温系统的经历,国际上尚没有任何一个国家研制和建造过全超导托卡马克装置。

万元熙院士带领团队发扬“没有条件创造条件也要上”的精神,在简陋的实验室内成功制造出关键部件和设备,整个项目自研率达90%以上。

“我们要在没有任何经验可借鉴的情况下,造出一个需要同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置,这对工艺设计和材料提出了极高的要求,比如芯部的等离子体温度高达一亿摄氏度,线圈中的温度却要求达到零下269摄氏度,项目难度可见一斑。”中科院等离子体物理研究所(以下简称等离子所)所长宋云涛告诉科技日报记者,为了达到聚变实验装置所要求的条件,EAST团队的科学工作者自主创新,自主设计、研发了大部分具有我国自主知识产权的关键技术,创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。

研制EAST过程中,许多关键技术取得突破并达到国际先进水平,同时也填补了多项国内空白:大型超导磁体关键制造技术的研发,成功地生产出了EAST所需的全部超导磁体;创造性地设计、建成了国内最大的大型超导磁体测试实验系统;创新性地设计、建造了我国最大的氦低温系统,制冷能力超过2kW/4.5K……

“EAST装置建设,瞄准世界前沿,高标准、严要求地完成了国家大科学工程建设任务。同时,严格质量管理,创新性地建立和运行EAST质量管理体系。”宋云涛说。

到2005年底,EAST完成了主机总装以及各分系统的研制和安装工作。2006年3月,成功进行了首次工程调试。2006年9月26日,EAST首轮物理实验成功获得高温等离子体。

历经8年艰苦奋斗和自主创新,世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置在中国率先建成并正式投入运行,为未来清洁能源的利用和发展提供实验研究平台。2006年1月,EAST实现电子温度超过5000万摄氏度,两年后又实现电子温度1亿摄氏度等离子体运行,而太阳核心的温度也不过1500万摄氏度。EAST性能逐步提升。2006年,首次等离子体放电成功,时长仅仅3秒;2017年7月,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。

2007年3月1日,国家发改委组织专家对EAST进行竣工验收。专家们认为,中国科研人员在国际上尚无全超导托卡马克的情况下,边建设、边研发,解决了大型超导磁体、大规模低温制冷等一系列关键技术问题,自主设计、加工制造了关键部件,形成了一系列高新技术成果。时任国家发改委副主任张晓强在验收会上指出:EAST大科学工程全面、优质地完成建设任务,是我国科技界的一件大事,是中华民族值得骄傲的成就。

从“科学岛”到“世界聚变舞台的中心”

在安徽省会合肥市西郊,有一座面积不到3平方公里、三面环水的半岛。这里就是中国核聚变最重要的研究基地——等离子所所在地。EAST也栖身于此。

走进EAST大厅,看到的是一片紧张有序的场景,本年度的等离子体物理实验即将开启,剑指新的世界纪录。

在对受控热核聚变探索过程中,越来越多国家的科研人员认识到,“人造太阳”科学装置规模大、建设周期长、投资成本高,任何一个国家“关起门来搞建设”都无法解决所有难题,必须“聚四海之气、借八方之力”。

1985年,美苏首脑为此提出了国际热核聚变实验堆(ITER)计划。但在2001年之前,这个“俱乐部”一直将我国拒之门外,其中主要原因是我国的科研水平还不高。但随着EAST研制工作推进,这个局面逐渐改变。

2001年,由于美国退出,ITER成员国出于分摊经费的考虑,希望扩大参与国的范围。我国借此再次申请加入,2003年,正式以“平等伙伴”身份加入了ITER计划谈判——加入这个高“入门会费”的俱乐部,每个成员国要至少承诺10%的投入,约合人民币100亿元。

“加入ITER计划前,国际主流聚变会议上,几乎没有我们的声音。如今,越来越多我国学者获邀在大会作主题报告、口头报告,甚至担任会议主席。”宋云涛说,加入ITER计划后,我国逐渐走向世界聚变舞台的中心。

国际聚变能大会,是核聚变领域的奥林匹克。像宋云涛这样的我国学者,曾经是无缘进场的。而今,等离子体所已连续10年被大会特邀作主题报告;这一领域的国际顶级杂志,连续多年都以封面故事形式介绍等离子体所年度研究工作。越来越多双眼睛在关注这颗来自“岛”上的“太阳”。位于法国的ITER总部也正期待着中国“小太阳”带来更多光和热,把“人造太阳”从梦想变为现实。

借助我国首个偏滤器位型的核聚变实验装置(HL-2A)和EAST这两个大科学装置,我国与全球120多个聚变研究机构建立了合作。每年平均有500人次国际专家访问我国,开展与我国相关聚变研究机构的合作研究。

回顾过去,人类认识核聚变的路已经走了很久。有人问:“在我们的有生之年,能不能看到一个真正的‘人造太阳’?”

中国工程院院士李建刚坦言,要将成果真正投入商用、变成每家每户可以用的电,可能至少还需要几十年,但他坚信:“在我的有生之年,一定有一盏灯能被聚变之能点亮。这一盏灯,一定要,也只能在中国。”

大事记

1998年7月,通过国家发展计划委员会立项;

2000年10月,正式开工建设;

2006年2月,首次工程调试成功;

2006年9月26日,成功获得首次高温等离子体放电;

2007年1月23日,成功获得首次大拉长偏滤器位型放电;

2007年3月1日,通过国家竣工验收;

2009年,成功获得稳定重复的60秒非圆截面双零偏滤器位型等离子体放电;

2010年,成功实现了大于60多倍能量约束时间高约束模式(H模)等离子体放电,100秒1500万摄氏度偏滤器长脉冲等离子体放电;

2012年,成功获得超过400秒的2000万摄氏度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电;

2016年1月28日,成功实现电子温度超过5000万摄氏度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电;

2017年7月,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录;

2018年,实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件。

陷疯稻谷
1 楼
这才叫推动人类进步
五十而立
2 楼
的确有很多东西和知识是要向外国人学习,自己学到了以后就是自己的了,然后再作提高。当然不是没外国人什么都不行,但向外国人学习很重要,日本鬼子就是靠学外国人起家的。注意了,这个托卡马克装置是俄文,不是你美爹的洋文啊。
U
Ubear
3 楼
托卡马克装置炒到原理是1950年苏联最先提出,中国在西方科技的基础上进一步发展有什么问题,哪像你,无脑的逢中必反
t
treebear
4 楼
核聚变人类第四次工业革命的钥匙,谁掌握了这把钥匙,就能引领全人类前进,成为理所当然的第一强国。
风流居士
5 楼
希望咱中国人可以日死狗粮汉奸waif这些狗逼!
澳贼
6 楼
金三 哭死在厕所。 英国流氓 哭成了泪狗。
田原
7 楼
没说温度啊。估计5000万度。 这东西主要是因为一边热一边超冷。很难保持长时间热辐射不影响
S
Sinoroc
8 楼
果然再次验证了我之前所说:狗粮普遍没文化
墨尔本要回家了
9 楼
: 当然用于军队了,无限能量 激光武器上
墨尔本要回家了
10 楼
洗碗的,告诉你,这是某天快倒下的大毛过来和兔子说 我手上有个好东西你要保留好, 兔子打开一看: 满脸泪流, 经过国内专家的升级, 现在已经拥有完全自主能力 100%国产, 依据国际惯例,谁发明的就按谁的名字命名. 另外,按照你的逻辑, 全世界的人都不要接受诺贝尔奖?
有空来喝茶
11 楼
中国总在长时间都看不到实际应用的地方发力。 比如 人造太阳,比如量子隐形传输,另外中医啥的也很牛逼。 真正天天接触的,没有一个是近百年天朝发现发明的,一个都没有。我知道你们又要扯四大发明了,下回把盘古开天地也扯上吧。
p
push
12 楼
一会喷土共急功近利,一会又喷研发周期长,请问如何能让狗粮满意
c
cxy1223
13 楼
这本来就是苏联从头做起来的,用俄文音译来取名也能代表对奠基者的尊重,没有多大问题。好比雷达隐身的数学模型还不是苏联科学家建立,这也不妨碍美国人将其发扬光大。别这么狭隘嘛。
c
cxy1223
14 楼
据传说中国科研都是急功近利,看不见钱的项目就无人问津。而作为灯塔的美国则是很在乎有长远作用的基础科学啥的。莫不是我穿越了。。。
H
HL16888
15 楼
这个比登火星要有意义的多。
c
cxy1223
16 楼
出生在中国或有中国血统的人都成为低人一等的生物,做着高等人不愿意做不屑做太危险做不值得做的贱役,并将收益交给高等人的舔狗让其取悦主人。。。他们大概就高兴了。但是笑脸只对上,对下仍然是屁股。
风流居士
17 楼
希望咱中国人可以日死狗粮汉奸waif这些狗逼!
c
cxy1223
18 楼
有说1000秒的电流是0.5ma,以前好像说过最高电流是1ma,而最高温度是1.6亿度。我不知道这个怎么换算。有大牛来解释下么?
u
unimogman
19 楼
集中力量办大事的优势在中国体现地淋漓啊。
c
cxy1223
20 楼
美国在受控核聚变上的投入也很大,而且是多种方案齐头并进。可是并没有听说多少进展。当然也有可能是保密。
江南游侠
21 楼
没想到中国在氢热核核聚变上的研究竟然那么超前,难怪在氢弹和中子弹研发上一枝独秀。以后在激光武器能量弹上也将一骑绝尘。
进士竟是近视
22 楼
中国的目标是2040年实现可控核聚变商业运行,我感觉中国会提前实现。
加州老流氓
23 楼
祝恁娘新年快乐。
随便踹两脚就走
24 楼
还是在死胡同里死撑,骗骗经费。
随便踹两脚就走
25 楼
输入能量大于输出能量,不是骗是什么
M
MonkeyRemix
26 楼
美俄才是在长时间都看不到实际应用的地方用力,比如材料科学。 天天接触的,没有一个是你发现发明的,一个都没有。请问你存在的意义是啥?
松泻
27 楼
大家现在这里一起看这些狗粮台湾畜牲的Loser的哀嚎吧.
松泻
28 楼
傻逼台湾畜牲,怎么用我们的中文啊? 你们的台文你会用吗? 对了,傻逼,你们有台文吗? 继续狂吠......
f
fawkes
29 楼
送你3个字dsb
斯文的地主
30 楼
海外华人都是真心佩服中国共产党! . 中国共产党确实优秀! . 海外华人支持中国政府决策决定! . 现在当前首要就是统一台湾省,全球华人期盼早日解放统一台湾! . 这就是海外华人支持中国共产党的原因! 海外华人坚定支持中国共产党! . 全球华人支持习近平! 中华民族统一伟大! . . .
松泻
31 楼
不是没外国人不行, 没台湾人全世界就成原始社会了, 台湾人南波万!!! 傻逼台湾畜牲, 对吗?
m
mrweida
32 楼
把这些狗粮党塞回它们的娘肚子里,然后开个虫洞,那头连在外国母狗的肚子里,让它们转世投胎直接生在国外,它们就非常满意了!
冰川7/8
33 楼
- 哈哈哈哈哈啊 出来会不会有火眼金睛啊
t
tintin9999
34 楼
妈的,要不是政府断电,还可以运行更长时间。
小银
35 楼
脑子是个好东西,希望你能拥有
群X乱舞
36 楼
美好的愿望……说说中国最近期的有哪些改变人类的发明?
群X乱舞
37 楼
前面我同意,可后面啥意思?俄罗斯不是外国? 也就是因为共产党,清末的时候俄国也是鱼肉中国百姓的帝国主义列强。
匹夫
38 楼
一群反华垃圾看不得中国的好,又出来咬人了……
吉星高照
39 楼
哈哈哈哈哈哈,给力。。。。
b
bett
40 楼
傻狗你说说你干爹近期有哪些改变人类的发明?哦我看见一个一个大坑,埋了80万人,真是改变了全宇宙啊
n
nmhan
41 楼
上次大概半年前,突破一百秒新闻刚出来不久,有幸和这个项目的负责人一起吃了顿饭,期间我问:2050年前是否能实现发电?据他讲,可能根本不用到那个时候。
k
killer2013
42 楼
这个是真的,西方科技新闻前几天详细报道过,前后投了几十亿美金,设施很先进,几千位世界各国的研究人员在合肥这个基地搞了多年现在有重大进展,如果成功了对人类来说几乎就是无限能源,加油
五十而立
43 楼
那是因为我原来答复的那个雌性动物说的“洋人”和“洋文”是不包括俄国的。另外我建议你不要上纲上线的凡事都骂共产党,国与国之间的关系是看利益和战略,不是因为共产党。俄国对大清压榨强夺,但苏联就提供帮助给新中国建立工业体系。美国几十年前跟中国关系很好,还帮中国改进战机哩,谁想到现在却在死劲打压抹黑中国呢?这些时好时坏的关系跟共产党没关系。
@
@又是我@
44 楼
这个会不会一个不小心造出黑洞来
b
brucesui
45 楼
: 这俩的没文化,他们根本不理解。你这是对狗弹琴。
b
brucesui
46 楼
这真是了不起的成就。
b
brucesui
47 楼
失控了就炸你家。
郑长仁
48 楼
嗯。。美帝们又要嫉妒我们了。
m
movingsnail
49 楼
我好奇到多少秒才可以商业化? 人类离核聚变还有多远?
不渴而饮
50 楼
了不起,祝贺!
A
ABC78
51 楼
丑国又来说偷了他们的技术!
有空来喝茶
52 楼
: 你倒是举一个例子。你周围哪个玩意是中国科研发明的。
c
cxy1223
53 楼
: 火箭便是中国起源的,黑火药也是。不能说经阿拉伯人传入欧洲后改良就不认祖宗了吧?
c
cxy1223
54 楼
多少秒也不能,商业化有成本问题。所以以前的热点都是常温核聚变。
有空来喝茶
55 楼
我草 就知道你们要举这种例子,地球开始盘古开天地的呢,你能举点近代的吗?中国好歹也成立70多年了,世界第二经济体了
c
cxy1223
56 楼
: 我为啥要举近的。人类历史本来就是交替发展,文明间相互学习借鉴是应该的。这100、2000年西方科技突飞猛进。这是人人都承认的,也是大家学习的楷模。但是这也是建立在消化吸收别的文明的长处得来的。也说明了花无百日红的道理。过去1000年领先,不代表过去100年也领先,过去100年先进,不代表现在还先进。中国建国70年本来底子就薄,之后又穷做30年,但是走上正道后40年就从被战争和政治运动折磨了上百年的阴影中走出来了,从一无是处到2021年的gdp世界第2(ppp世界第1)。这本身就是个社会科学的奇迹,哪个西方经济体做到过?
c
cxy1223
57 楼
现代科学是系统科学,前置的学问都能追溯到很久以前。中国100多年有个大断档,想追上自然要借助现成的成果。这有什么错?200年前美国还啥也没有。不借助欧洲的资本和技术,没人能活下去。但是今天的美国是经济和科技的第一强国。有啥丢人的?