韩国核聚变反应堆成功达到1亿摄氏度并维持30秒

2022-09-13 13:35    核聚变

目前,韩国的“人造太阳”超导托卡马克高级研究(KSTAR)反应堆成为了媒体关注的焦点,它将等离子体维持在1亿摄氏度的温度下长达20多秒。


在刘慈欣的小说《三体》中,人类靠核聚变发动机具备了星际航行的能力。但是核聚变技术就目前来讲,仍需数十年的发展,但关于核聚变的认识和成果都在不断增加。

目前,韩国的“人造太阳”超导托卡马克高级研究(KSTAR)反应堆成为了媒体关注的焦点,它将等离子体维持在1亿摄氏度的温度下长达20多秒。

韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事的团队将聚变反应达到了超过 1 亿摄氏度(1.8 亿华氏度)的离子温度。据《新科学家》报道,但由于硬件的限制,反应只能在30秒后停止。

实验中,反应堆运行了24秒,达到了超过10^8开尔文的温度 —— 这或多或少相当于1亿摄氏度。Yong Su Na表示,在设备升级后,未来可能会有更长的时间。

“这是一项令人兴奋的成就,如果我们能让它按计划工作,它可能会改变我们的生活方式。”

但同样值得注意的是,KSTAR早在2020年就宣布了这一突破。现在的变化是,他们的研究论文已经经过同行评审,并刚刚发表在《自然》杂志上。

然而,在此后的几年里,KSTAR 团队打破了他们自己的记录,而中国的名为 EAST(实验先进超导托卡马克 / HT-7U)的“人造太阳”,继续打破了这两项纪录。2021年,中国科学院的聚变机器达到了1.2亿摄氏度(2.16亿华氏度),并坚持了101秒。

韩国聚变能源研究院(KFE)KSTAR研究中心所长尹世宇(音译)曾在2020年表示:“1亿度等离子体的长时间运行所需的技术是实现聚变能的关键。如果 KSTAR 成功将高温等离子体维持20秒,将成为未来商用核聚变反应堆的关键部件 —— 长时间高性能等离子体运行技术确保竞争的重要转折点。”

跳跃到20秒的关键,是升级 KSTAR 内部的内部传输屏障(ITB)模式。科学家们还没有完全了解这些模式,但在最简单的层面上,它们有助于控制核聚变反应的约束和稳定性。

KSTAR 是一个托卡马克式的反应堆,与中国最近投入使用的反应堆类似,通过合并原子核来产生巨大的能量(与发电厂使用的核裂变将原子核分开的方式不同)。像 KSTAR 这样的核聚变设备使用氢同位素来创造等离子态,在等离子态中离子和电子被分离,准备加热。这和发生在太阳上的核聚变反应是一样的,因此这些反应堆被赋予了“人造太阳”的绰号。

到目前为止,在足够长的时间内保持足够高的温度,使这项技术可行,已经被证明是具有挑战性的。科学家们需要打破更多这样的记录,才能让核聚变成为能源 —— 只消耗海水(氢同位素的来源),并产生最少的废物。

尽管,要让这些反应堆产生比消耗更多的能源还有很多工作要做,但进展令人鼓舞。到2025年,KSTAR的工程师们希望能在300秒内突破1亿度的大关。



图为技术

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