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ϴʱ䣺2023-03-01Ķadmin

逐€日”追?nbsp;走近?新一代€人造太阳€HL-2M

行星发动机€智能量子?算机、太空电?€€一段时间以来,电影《流??》中的€硬核?€”元素引发广泛关注€你知道吗?电影?很?装?在现实中都有原型?/p>

“你?管想象,我们负责实现。€最近,社交媒体上,?集团€张引爆网络的海报,展示的便是电影?行星发动机和现实??新一代€人造太阳€??HL-2M)、中国环流器二号A装置(HL-2A)。网友们不???沸腾,纷纷感叹,“原来中国?幻的背后?国制造€€?/p>

科幻照进现实。电影中行星发动机推动地球利用的?聚变释放的能量,而HL-2M、HL-2A正是我国探索受控核聚变的重?装置,?称为“人造太阳€€其?HL-2M装置?国目前?模最大€参数最高的磁约束核聚变实验研究装置。前不久,它入€了?022年度?十大国之重器”€?/p>

这些装置为何?为€人造太阳€?我们为什么?造€太阳€?新一代€人造太阳€实现了?€?破和?创新??者近日采访了?集团核工业西南物理研究院有关负责同志,?我们€起跟随€€太阳€的人,探?新一代€人造太阳€的奥??/p>

原料取用不尽、燃耗低能量大€产物清洁友?/p>

受控核聚变,理想的€终极能源€?/p>

四川成都双流西南??坐落€核工业西南物理研究院。这?国最早从事核聚变能源€发的专业研究?€?/p>

研究院聚变?学所那座建了22年的老楼,便?€代€人造太阳€的“?”€?/p>

人类真的?造太阳吗?面对?者的疑问,核工业西南物理研究院聚变?学所€长钟武律给出了答案:“人造太阳€并不是真的造一?阳,而是建一???利用?发光发热的原理,持续?地输出能量€?/p>

“太阳为€么能够持?光发??为它时刻都在发生€核聚变反应€€钟武律告诉记€,我们“€太阳€的€终目的是通过核聚变来发电?/p>

众所周知,能源危机?认为?类社会发展面临的€大难题€?学??视线?核能,€核能主要有核?变和核聚变两种形式€?/p>

当前,世界上商用的核电站利用的是核?变能,即由较重的原子?如铀)通过核反应过程分裂成两个或两?上较轻的原子核,从中释放出能量€然而,€矿的储量有限,长远看仍难以满足人类需求€?/p>

核聚变的过程正相反,?由质量较轻的原子核在超高温条件下聚合成较重原子核,并释放出巨大能量,且单位质量下释放的能量比裂变高得多€太阳的光和?就来源于核聚变反应释放出的能量€?/p>

“核聚变能源的优势非常明显€一?料在地球上的储量极为丰富;二?产生高放射€核废料,环境友好;三是具有固有安全性等优点。€钟武律进一步解释道?/p>

记€了解到,支撑核聚变反应的主要原料可以从海水?取€据测算,从€升海水中提取出的氘,经完全聚变反应后释放的能量,足?€辆汽车从北京€到海南€按照地球上的海水资源?算,理?上用于聚变反应释放的能量足?人类使用上百亿年,几乎无穷无尽€?/p>

数据€具?服力。据90后高级工程师、核工业西南物理研究院博???金牌科普员郑?绍,€?00万千瓦的?站,每年消€煤?210万吨;同等级的核电站,每年消耗浓缩铀?0吨€€?果建造一?00万千瓦的核聚变电站,每年仅需消€燃料约0.12吨€?/p>

正因为?,核聚变能?认为?种理想的“终极能源€,€旦成功应?将从根本上解决人类?能源的需求问题€?/p>

不过,想要利用核聚变能,还必须?让核聚变变得?。€?0世纪50年代,?€颗氢弹爆炸成功,就意味着人类制€核聚变反应成为了现实,但那??的€瞬间的。我?€€太阳€,就是要€过某?特殊的€径,将核聚变反应过程变得可控,让它源源不断地输出聚变能为我?用€€钟武律说€?/p>

让核聚变?,这??界级难?,必须?同时¤三个非常苛刻的条件,也就?谓的“聚变三乘积”€?/p>

“?€?它需要上亿摄氏度的高温,因为?温度特别高,原子核才会€跑’得更快。?二个?离子体的密度要足够高,这样原子核之间碰撞发生聚合反应的?率就会提高€?三个就是要长时间地控制住这些原子核,也就??要将高温高密度的核反应条件维持足够长的时间€只有这样,才能够使核聚变发生,并且持续下去。€钟武律说€?/p>

上亿度高温是?么?念?要知道,?的核心温度也?1500万度?000万度。€地球上的金属材料在1000度左右就会融化€聪明的科?家就利用强?场,让高温的等?子体?起来,从而实现与材料的隔离€也就是说,让高温等离子体在磁场约束下进行聚变反应€?/p>

€高可?.5兆安培以上电流€?.5亿度高温?创新造就新一代€人造太阳€?/p>

王金,核工业西南物理研究院的€名资深高级技师€?/p>

对实验数?行比对分析,对主机真空?进?查漏€?€€最近,他和同事?起?HL-2M装置进?了新的升级改造,为即将到来的下一?电实验做准??/p>

在新€代€人造太阳€的主机机房,各种?线€机柜围绕在€?型€轮胎€状机器周围,令人眼花缭乱€然而,王金却?这里的每€?件都了?指掌?/p>

“这上面数万?件,都是我和同事?手安装和调试的€€王金言?透着??/p>

记€了解到,HL-2M装置?国目前?模最大€参数最高的磁约束核聚变实验研究装置,采用先进的结构与控制方式,等?子体体积达到国内现有装置2倍以上,等?子体电流能力提高?.5兆安培以上,等?子体离子温度??.5亿摄氏度,能实现高密度€高比压、高?电流运?。同时也?前国际上首个具?在兆安培等?子体电流下实现?种先进偏滤器位形能力的核聚变先进研究平台?/p>

“更为重要的?装置的核心部件都?国自主?″造€€钟武律说€?/p>

?绍,新一代€人造太阳€由真空室€线圈系统€发电机组和?结构等核心部件组成€其设?建€背后,有太多打破国外技?锁€填补国内空白的故事,大到真空?等核心部件,小到€枚枚特殊的膨€螺栓,都不断挑战€国内相关工程€?平极限€?/p>

“中间那?径约5米€高?米的‘轮胎€状设?就是真空室€€王金告诉?者,仅?器?″造就经过6年的艰难探索?/p>

?绍,HL-2M装置主??强?场将高温离子约束在真空环境中,不与任何材料接触€€这?真空??,比宇宙空间??的?求还要高好几?量级。在设?研发初期,?研团队大量调研,走??0余?大型制€企业,却因设?精度高€制造难度大、薄壁件焊接变形控制难€国内无相关经验等原因?告知无法加工。团队迅速将科?思维调整为工程€维,将科?设?参数细化为一??现的工程图纸,以共同研发和手把手教?的方式指导厂家加工€这对长期从事基€科研、缺乏工程经验的团队来?,压力巨大€不过,€终还?发制造出了我国?台D形截面特材双层双曲率薄?件全焊接?超高真空容器,相关工艺和€?标达到国际?先水平€?/p>

线圈系统也很重?,它要为HL-2M装置€展放电实验提供约5万€于地球磁场的强磁场,用以精?稳定地控制上亿度高温等?子体。按照最初的设?,线圈制造€利旧改造€,?时最?、最高效的方案€然而?研团队却选择重新研制。最终?创了国内€大运行电流强磁场D形比特板式可拆分?场线圈,突破国内大截面?方内圆异形无氧铜″有产能极限,?性地掌握了国内大尺?异形高强度铬锆铜材制造技?多项工艺领先国?€流??€?/p>

不仅如?,??关零部件的安装精度和清洁度也有着极高要求。€我?空?内安装的部件共有4万??全部由人工安装,如果有任何一?件没有安装牢固,或没有在指定的位?会€成几百人的团队实验无法进?。同时,由于空间受限,所有部件都?凑型,需要一层一层安装上去,安?难度大€€王金介绍,真空??外的?道€防线€€€€?€壁€的安?,是他面对的€大挑战€?/p>

为了能保护好后面的各种测量器件,“?€壁€密布在整个真空室内?包括多层功能性和结构性材料,大的有扑克牌大小,小的只有指头大小€€听起来好像?€贴瓷砖’一样简单,但?间隙和平整度的?求极高,相邻两块材料之间的高度差不能超过1?、间隙不能超??,€且作业空间十分受限。€据他回忆,整个“?€壁€的安?就花了大半年,为了保证环境的洁净,工作时还需要换上全套防尘服,?加手套€口罩€发套和安全帽,整个人就?下眼睛露在??€?/p>

不断取得新突破€不?造新?核聚变点??逐渐走向现实

HL-2M装置主机€墙之隔,????控制室€??日,聚变科?€控制与信?究?年轻?0后主任李波在控制室内协调有关系统,?外围辅助加热系统进?测试实验?/p>

他还有一?呼€€€€人造太阳€的驾驶员€€€主要是负责设?打€和运?控制装置的€中枢?经€,€终实现?等?子体的控制€€李波解释??/p>

当?者提?022?0月HL-2M装置创€的新纪录€€等离子体电流?次突?00万安?1兆安),李波?显激动€据他介绍,要想实现核聚变发电,首先要实现聚变点?这是€?决条件€€就像钻木取?样,先实现聚变点?后续?持续加€柴’就???外输出能量€€?/p>

不过,点€把柴??易,核聚变点?。?前文€介绍的那样,等?子体温度、密度€能量约束时间三?量参数的乘积,必须超过特定数值€€本次等离子体电流突?00万安培,就意味着等?子体的密度极限和能量约束时间等关?数有显著提升。€这也就意味€我们距?聚变点火又迈进了重?€步,对我国深度参与目前全球最大的‘人造太阳€€€国际热核聚变实验堆ITER实验及自主?¤行聚变堆具有重?意义。€李波??/p>

不过,每€″验€每€?电都会有新的??等待解决。€?同€一辈€€太阳€的人,我们也?€?头一?头地去攻克€€李波告诉?者,院所正在集聚各路精兵强将,整合?方优势资源,院所两级??加强监督联动,全力保障基€科研攻关,加?进解决€人造太阳€关?心技?脖子难??/p>

?绍,我国的可控核聚变实验研究始于20世纪50年代,几乎与国际上同步€历经半??世纪的发展,先后研制了?种类型的磁约束核聚变研究装置,?脉冲磁镜、?向箍缩??€仿星器、超导?镜€托卡马克€?/p>

当前主流的€人造太阳€??托卡?,HL-2M装置就是€种托卡马克??€€其实就?€?型环状真空?器里面注满气体,然后把气体电离变成等离子体,再用强?场把带电粒子控制住,让它在真空?器里面悬?来€€钟武律说€在此之前,核工业西南物理研究院还先后研发出HL-1、HL-1M、HL-2A系列装置,其中HL-1?国??型托卡马克实验???为我国??€人造太阳€实验??€?/p>

2006年,?、?盟€美国€俄罗斯、日?€韩国和印度共同签署了ITER项目?协定,?项目?前全球?模最大€影响最深远的国际大科?工程之一,同时也?国以平等?参加的最大国际?€合作项目,并不断取得了新的突破€?今,?的?约束核聚变研究部分技?达到国际领先水平?/p>

“实现核聚变点火正€渐走向现实。€?HL-2M这个我国?€?备开展堆?等?子体物理实验能力的技?台,这群“€太阳€的人充′心,“未?L-2M将继?′紊开展后?验工作,冲击更高的等离子体电流和离子温度等参数,全面提升核聚变三参数,实现我国€人造太阳€研究新的?跃€€?/p>

“每€次€过?厅的大屏幕看到等离子体的夺目?,我就?得它特别美,就像人类?次看到自己点燃了篝火—€发光发?充满希望。€李波感慨道,期待我国的€盏盏?日?核聚变能点亮????监察?记€?王珍)

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