太陽是地球最大的能量來源,它的表面溫度約6000攝氏度,內(nèi)核溫度約1500萬攝氏度,像一個熊熊燃燒的大火球,每秒鐘散發(fā)出相當(dāng)于1億億噸煤炭燃燒產(chǎn)生的能量。
“太陽為什么能產(chǎn)生這么大的能量?因?yàn)樗膬?nèi)部持續(xù)不斷地在發(fā)生核聚變反應(yīng)。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所王騰博士說,如果想要在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng),造出“人造太陽”,需要實(shí)現(xiàn)1億攝氏度的等離子體、1000秒的連續(xù)運(yùn)行時間和1兆安的等離子體電流,這些都是難度巨大的科技挑戰(zhàn)。
高11米、直徑8米、重400多噸,站在有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)面前,記者產(chǎn)生了深深的好奇:這里曾實(shí)現(xiàn)了1億攝氏度的20秒等離子體運(yùn)行,是如何做到的呢?
“EAST像一個圓環(huán)形的‘大罐子’,在它的內(nèi)部集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強(qiáng)磁場’‘超大電流’等極端環(huán)境。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤說,能將這些尖端技術(shù)“熔于一爐”,充分體現(xiàn)了一個國家的綜合科技實(shí)力。
為了實(shí)現(xiàn)1億攝氏度高溫,科學(xué)家使用了多種加熱手段,其中一種就是微波加熱。“家用微波爐的功率是500瓦左右,而EAST用了4種大功率加熱系統(tǒng),總功率34兆瓦,相當(dāng)于家用微波爐的數(shù)萬倍。”王騰說,不僅如此,地球上最耐熱的材料也只能承受幾千攝氏度,為了承載上億攝氏度的高溫等離子體,科學(xué)家用磁場做成“籠子”,而EAST內(nèi)部的磁場強(qiáng)度達(dá)到地球磁場強(qiáng)度約7萬倍。
為了達(dá)到強(qiáng)磁場,“人造太陽”還需要超過12000安培的超大電流,而承載大電流的線圈工作在零下269攝氏度的超低溫度,就在距離1億攝氏度高溫約1米遠(yuǎn)的地方,那就需要實(shí)現(xiàn)地表大氣壓約一千億分之一強(qiáng)度的“超高真空”以“隔熱”。
這些極端環(huán)境,讓“人造太陽”成為一個“超難”的集合體。
“讓1億攝氏度超高溫和零下269攝氏度超低溫近距離共存,這是世界上沒人做過的事情,可以說困難無處不在、天天遇到。”中國工程院院士李建剛介紹,他與團(tuán)隊在研究“人造太陽”的20年里,至少遇到5萬次失敗的實(shí)驗(yàn)。
“但幸福真的是一點(diǎn)點(diǎn)干出來的!”李建剛說,一年365天,科研人員幾乎天天泡在實(shí)驗(yàn)室,從幾百萬攝氏度到上千萬攝氏度,從三千萬攝氏度、五千萬攝氏度到上億攝氏度,他們獨(dú)立發(fā)展出60多項關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)造出一系列引領(lǐng)國際的技術(shù)參數(shù),讓EAST大科學(xué)裝置屹立在世界的東方。
一代代科研工作者自立自強(qiáng)、勇攀高峰的精神內(nèi)核,支撐起中國“人造太陽”的強(qiáng)大內(nèi)核。
據(jù)了解,若要“人造太陽”產(chǎn)生的能源能為人類所用,穩(wěn)態(tài)長脈沖等離子持續(xù)放電的時間要達(dá)到1000秒以上。“我們的夢想是,點(diǎn)亮世界上第一盞核聚變發(fā)電的燈。”