在科学探索的无垠星空中,2025年1月20日,一颗璀璨的明星在中国安徽合肥闪耀。中国那有着“人造太阳”美誉的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),成功创造了一项举世瞩目的世界纪录——首次达成1亿摄氏度下1066秒的高约束模等离子体运行。这一突破性的成就,宛如一座巍峨的里程碑,标志着我国在聚变能源研究领域,实现了从基础科学到工程实践的重大跨越,开启了一扇通往未来能源新时代的大门。
“人造太阳”,这个听起来充满科幻色彩的概念,究竟是什么呢?又该如何去理解此次具有非凡意义的突破?在向着真正可应用的核聚变发电目标迈进的征程中,我们还需付出哪些不懈的努力?这些问题,如同神秘的面纱,等待着我们去一一揭开。
首先,让我们聚焦于这一突破本身。超过1亿摄氏度且能够稳定运行1066秒,这一成果究竟蕴含着怎样的深刻意义?我们距离真正的核聚变发电又还有多远的距离?与此同时,当众多国家都在紧锣密鼓地开展类似研究时,我国的EAST装置在全球范围内究竟处于怎样的水平?
中国科学院合肥物质科学研究院副院长宋云涛指出,这无疑是一个具有重大历史意义的里程碑。它意味着相关研究从此将从前沿的基础研究领域,稳健地迈向工程实践的广阔天地,向着聚变能应用的宏伟目标迈出了坚实且关键的一大步。“亿度千秒”这一成果的达成,难度堪称超乎想象。要知道,这里的温度相当于太阳表面温度的6到7倍,要将那如炽热火球般的等离子体稳定运行上千秒,这无疑是在科学的险峰上攀登。在过去五十多年漫长的研究历程中,这无疑是从物理研究迈向工程实践的坚实一步,凝聚了无数科研人员的智慧与心血。
EAST装置,作为我国自主建成的世界上第一个全超导托卡马克装置,承载着众多核心技术,同时也面临着诸多严峻的技术挑战。超高真空、超大电流、超强磁场等一系列复杂且尖端的技术难题,犹如一道道关卡横亘在科研人员面前。然而,我国的磁约束核聚变团队凭借着顽强的毅力和卓越的智慧,在探索的道路上不断前行。从最初的100秒,到后来的400秒,再到如今的1000秒,每一次时间的跨越,都是他们拼搏与奋斗的见证。这一次次的突破,不仅让我国在高温等离子体、高约束模等离子体以及磁约束研究等领域,成功跻身世界前列,更彰显了我国科研实力的崛起。目前,在国际上,处于第二方阵的研究成果大多停留在70秒到100秒的水平,由此可见我国此次突破的巨大意义。
站在这一历史性突破的新起点上,人们不禁要问:接下来的目标是什么呢?毕竟,科研的征程永无止境。宋云涛副院长表示,虽然等离子体能够持续运行的时间至关重要,但磁约束聚变研究就如同一场漫长的马拉松赛跑,不仅需要速度,更需要耐力和长远的规划。因此,未来的研究不仅要在持续时间上寻求进一步的突破,还要在等离子体密度、等离子体温度等多个关键方面发力,紧密围绕未来聚变能的商业应用这一终极目标,展开深入且全面的攻关研究。
回顾EAST装置过去十几年的建设与研究历程,其中不乏充满艰难险阻的时刻。那些年,研究团队犹如在布满荆棘的道路上负重前行,每天都会遭遇各种各样的工程和物理问题。聚变研究,这是一个规模庞大、系统复杂的超级工程,其难度之高,用“难于上青天”来形容也毫不为过。在这个过程中,他们经历了无数的挫折与考验。
例如,在十八年前筹备建设超导托卡马克装置时,超导材料成为了一道难以逾越的障碍。当时,西方国家曾一度表示愿意为中国提供超导材料,然而,一夜之间风云突变,这一承诺化为泡影。面对如此困境,我国科研团队并未选择退缩,而是毅然决然地走上了自主创新之路。他们与企业界紧密携手,共同开展技术攻关。经过无数个日夜的艰苦努力,终于成功攻克了超导材料这一关键难题。如今,中国的超导材料和超导技术已然位居世界前列,不仅实现了人造太阳上所有超导材料的国产化,还为医疗、工业等众多领域提供了大量优质的材料。目前,全球有60% -70%的需求方都选择购买中国的超导材料,这无疑是对我国科研实力的高度认可。
在人造太阳的建设与研究过程中,类似这样凭借自主创新、攻坚克难的故事数不胜数。科研团队在十五万次的实验中摸爬滚打,每一次实验都是一次探索,每一次失败都是一次积累。他们在问题与解决问题的循环中不断成长,不断推动着研究向前发展。
那么,从全球视角来看,现在有媒体报道称,预估2035年将会有第一座聚变发电的电厂正式投入运营。对于我国而言,距离第一座核聚变电厂的诞生还有多远的距离?目前又还需要在哪些方面实现突破呢?
宋云涛副院长认为,随着国家对科技创新的投入持续增加,我国有信心在10到20年的时间里,实现拥有第一座“聚变商业电站”的梦想。接下来,科研团队计划用3到5年的时间,建成氘氚燃烧的聚变装置,实现全超导装置的输出大于输入这一重要目标。目前,现有的人造太阳以及国内的物理实验装置,大多还无法达到输出大于输入的水平。而正在建设的全超导紧凑型聚变装置,目标是实现输出大于输入5倍。到2035年,更希望能够建成中国的聚变释放堆,使输出大于输入20倍。一旦这些目标得以实现,将为人类开启国家聚变能源商业应用的崭新篇章。
核聚变能源,这一充满希望的新能源领域,或许将为人类带来前所未有的变革。有人可能会疑惑,在当下获取电能的方式多种多样的情况下,为何要投入如此巨大的精力去研究核聚变发电呢?这一项目的最终目标究竟是什么?未来通过聚变方式获取的能源,又将在哪些领域发挥重要作用呢?
宋云涛副院长解释道,核聚变能源是一种清洁高效的能源。当今人类大部分依赖化石燃料,这种能源的广泛使用给环境和人类自身带来了巨大的负面影响。如果能够成功实现聚变能的应用,对于人类的生存环境而言,无疑是一份珍贵的礼物。
更为重要的是,核聚变能源或许将成为人类实现星际航行梦想的关键钥匙。回顾历史,在第一次工业革命之前,人类的出行主要依靠马车,它只能将人们从一个村庄带到另一个村庄,活动范围极为有限。工业革命之后,火车、飞机等交通工具的出现,极大地缩短了人与人之间的距离,让人们能够轻松地从一个国家前往另一个国家。而一旦核聚变能源得以实现,它所蕴含的巨大能量将有可能把人类从地球带往遥远的其他星球,使人类梦寐以求的星际航行不再仅仅是科幻作品中的幻想。
让我们大胆畅想一下,当我国第一座“聚变商业电站”诞生之后,我国的能源供给结构将会发生怎样翻天覆地的变化呢?那将会是一幅怎样全新的美好图景呢?
宋云涛副院长满怀憧憬地表示,一旦核聚变能源实现商业应用,必将给人类文明和生存方式带来前所未有的深刻变革。如今,人类过度依赖化石燃料,不仅导致环境遭受严重污染,而且化石燃料的储量是有限的,终有枯竭的一天。而当核聚变能源与其他绿色能源相互补充、协同发展时,人类将拥有更加清洁、可持续的能源供应体系,我们的生活环境也将因此变得更加美好。
中国“人造太阳”的这一伟大成就,犹如一颗明亮的火种,点燃了人类对未来能源的无限希望。在科研人员的不懈努力下,我们有理由相信,在不远的将来,核聚变能源将为人类的发展带来新的辉煌,引领我们迈向一个更加繁荣、清洁、可持续的新时代。让我们拭目以待,见证这一伟大的历史进程。
未来的路或许依然充满挑战,但我国科研团队凭借着坚韧不拔的毅力、勇于创新的精神和对科学的执着追求,必将在核聚变能源研究的道路上继续砥砺前行,为人类的进步贡献更多的智慧与力量。
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