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中国一世界纪录被打破,韩国“人造太阳”可20秒运行,系中国2倍

科学 大洋科创

据韩国国家科学技术研究委员会12月24日发布消息称,韩国人造太阳,先进超导托卡马克装置在上个月的一次实验中成功地将高温等离子体约束20秒,离子温度超过1亿度,创造了新的世界纪录。

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这是韩国在核聚变领域首次打破记录,此前该记录一直由中国和美国保持。韩国KSTAR项目是由首尔国立大学和美国哥伦比亚大学联合研究。托卡马克型核聚变反应堆KSTAR的建造始于1995年,并于2007年8月完成。2009年KSTAR进行了第一个实验,这是世界上第一个具有全超导磁体系统的核反应堆。但是在很长一段时间内,该项目没有重大进展。

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事情来到2018年才出现转机,KSTAR首次达到1亿度的等离子体离子温度,2019年,该项目实现了8秒持续运行,而到了最近,该项目的运行时间达到了20秒。韩国聚变能源研究所负责人表示,自KSTAR装置2008年开始运行以来,平均每年进行2000至3000次试验,经过10年2.5万次实验才取得这一成果。

相比之下,中国环流器2号M超导托卡马克装置,目前最长的保持时间仅有10秒,其他核聚变项目仅能达到1秒左右。

需要指出的是,中国EAST托卡马克装置实现了101.2秒持续放电,而不是等离子体约束时间。不过,放电时长纪录至今仍未有人打破。

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目前,等离子体约束技术是世界各大热核聚变科学家团队全力攻关的关键部分,核聚变必须满足三个方面:超高温、高压和维持足够的时间。

氘和氚的混合气体必须在超过一亿度的高温下,才能使原子核和电子分开,处于这种状态的物质称为等离子体。在足够的高压下,原子核才能克服相斥的力,大规模核聚变才会发生,高温和高压还必须维持一定的时间,核聚变才会持续。

另外,等离子体会在托卡马克装置内部进行高速的圆周运动,会产生几千亿甚至上万亿安培电流,在约束等离子体的同时还要考虑如此高强度电流带来的影响。

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虽然韩国在关键数据上实现了暂时领先,但是在热核聚变领域,中国仍是无可争议的领头羊。坐落在四川成都的中国环流器二号M便是关键标志,在先进性方面,HL-2M与韩国KSTAR相比有着跨越式的提升。

中国环流器二号M在装置物理与结构设计、特殊材料研制与连接技术研发、关键部件制造与总装集成等方面取得了多项突破。

并且,中国环流器二号M刚刚实现首次运行,在不久的将来必将实现更长时间运行时间。

中国能够在热核聚变领域持续领先,是旷日持久的大额投资换来的。以国际热核聚变项目举例,投入已超过 160 亿欧元,总成本预估将达 200 亿欧元。著名的中国EAST项目,在过去十多年间,进行大约3.3万次试验,每次试验花费巨大,每秒消耗5万元。

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由于耗资巨大,欧美国家大多已经放缓该领域的研究,或者加入国际热核聚变项目,与其他国家分摊成本。美国是最早开始发展核聚变技术的国家,但由于常年耗资巨大,可控核聚变项目已经被美国能源部拖延到了相当缓慢的程度。据美国媒体一次报道透露,美国核聚变科学家已经到了臭名昭著的程度,因为他们向主管部门申请经费时不择手段。

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但是,中国在核聚变领域发展道路的决心非常坚定,根据中国科学院等离子体物理研究所披露,中国已经开建核聚变综合研究设施,主要研究超导磁体研究系统。中国聚变工程试验堆也已经立项,这是人类工程化核聚变电设施,是实现人类聚变能源梦想的重要里程碑。不过,我们不应过于乐观,人类要实现聚变能的商用,还有很长的路要走,需要几代核聚变研究团队的接力奔跑。

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