中国核聚变突破性进展

2022-11-04 11:34  来源:嘿嘿能源heypower    人造太阳  HL-2M  核聚变

最近,中国核工业集团公司(CNNC)宣布,中国的“人造太阳”HL-2M托卡马克创造了新的运行记录,其等离子体电流超过100万安培(1兆安培),“标志着向聚变点火迈出了重要一步”。


最近,中国核工业集团公司(CNNC)宣布,中国的“人造太阳”HL-2M托卡马克创造了新的运行记录,其等离子体电流超过100万安培(1兆安培),“标志着向聚变点火迈出了重要一步”。

1、核聚变

万物生长靠太阳。支撑人类社会发展的一切能量来自太阳,而太阳的能量则来自核聚变。

其实,核聚变并不神秘,只要将氢的同位素氘和氚的原子核无限接近,使其发生聚变反应,就能释放出巨大能量。

然而,原理看似简单,但要让聚变反应持续可控,可以说难于上青天。

要实现可控核聚变反应,必须满足三个苛刻条件:一是温度要足够高,使燃料变成超过1亿℃的等离子体;二是密度要足够高,这样两原子核发生碰撞的概率就大;三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。

这就是聚变界通常所说的“三乘积”中的要素——离子温度、密度和能量约束时间。

2、中国环流

HL-2M(中国环流器二号M装置)由中核集团位于四川省成都的西南物理研究所(SWIP)自主设计和建造,于2019年11月完工,并于2020年12月实现首次等离子体放电。

中核集团表示,等离子体电流强度是托卡马克的关键参数,HL-2M托卡马克现在的等离子体电流强度超过2.5兆安培,在体积超过1兆安培的条件下运行平稳。

SWIP聚变科学中心副主任、HL-2M实验负责人钟武在接受《科技日报》采访时表示:“这一突破,标志着中国在核聚变研究与开发中向聚变点火迈出了重要一步。”

该托卡马克在2021年12月实现了1,056秒的连续高温等离子体运行,这是当时世界上同类装置运行时间最长的一次。

SWIP作为中国受控核聚变研发的核心机构,是中国参与国际热核实验堆(ITER)的重要支持机构,开发了各种类型的磁约束聚变装置。

中国于20世纪60年代开始核聚变研究,中国可控核聚变研究与世界几乎同步。自1955年钱三强、李正武等老一辈科学家提议开展“可控热核反应”以来,取得了一系列重要科研成果。

1954年,世界上第一个托卡马克装置由苏联建成。1984年,中国自主建造第一个托卡马克装置HL-1(中国环流器一号),是中国核聚变反应研究的一个重要里程碑,标志着我国核聚变研究由技术跟踪变为大型实验,为中国自主设计、建造和运行核聚变装置提供了经验。

1990年代,中国建成HL-1M (中国环流新一号),2002年12月,中国利用德国赠送的一套退役装置,建成HL-2A(中国环流器二号A),HL-2A是目前在中国运行的三大国产托卡马克之一。

另外两台是位于合肥的中国科学院物理科学研究所(ASIPP)的实验先进超导托卡马克(EAST)和华中科技大学(HUST)的J-TEXT。

3、HL-2M

HL-2M是中国先前型号HL-2A的升级版,HL-2M装置的建造,是为了研究未来聚变堆相关物理及其关键技术,研究高比压、高参数的聚变等离子体物理, 为下一步建造聚变堆打好基础。

在高比压、高参数条件下,研究一系列和聚变堆有关的工程和技术问题。瞄准和ITER物理相关的内容,着重开展和燃烧等离子体物理有关的研究课题,包括等离子体约束和输运、高能粒子物理、新的偏滤器位型、在高参数等离子体中的加料以及第一壁和等离子体相互作用等。

“对于中国人来说,若要在ITER上发挥更多作用,像HL-2M这样高参数运行的装置不可或缺,一方面支撑ITER,为ITER开展预先研究、并探索相关物理与工程问题,另一方面就是作为我国可控核聚变人才培养的重要平台。这是承上启下的重要一步,不可逾越。”刘永说道,“通常像HL-2M这样的高参数运行装置,可被称为ITER‘卫星’。而全世界正在运行的称得上ITER‘卫星’的科学装置不多。HL-2M名副其实。”

刘永是中核集团核西物院HL-2M负责人。

2022年12月4日14时02分,HL-2M在成都建成并实现首次放电,标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。

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