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让我们一起种一个太阳吧
发布日期:2017-07-17
分类:最新公告

 

还记不记得儿时的一首儿歌叫《种太阳》:

 

 

 

“我有一个美丽的愿望,长大以后能播种太阳,播种一颗一颗就够了,会结出许多的许多的太阳,一颗送给送给南极,一颗送给送给北冰洋,一颗挂在挂在冬天,一颗挂在晚上挂在晚上,啦啦啦种太阳,啦啦啦种太阳”。

 

 

 

这首歌最近可火了,尤其是专门有网友制作了一个很有意(dou)思(bi)的视频,大家一定要点开,一起重温一下儿时的记忆吧。

所有说,太阳不仅仅会发光,还会发热哦,夏天就要来了,大家很快又能有视频中的这种感受了吧。

 

那下面,我来科普一下,太阳究竟是什么,为什么会发热和发光?

 

宇宙中的太阳,其实是一个天然的巨型核聚变反应堆。

 

在太阳中心,1500万摄氏度的高温和2000亿个标准大气压的高压下,氢聚变成氦。这样的反应已经进行了46亿年,向外发出了巨大的能量。其中仅有十亿分之一左右的能量落到了地球上,就滋养了地球。

 

随着地球能源的进一步消耗,现有的能源种类和储量已经不能完全满足未来科技发展的需求,我们需要一个我们自己的“太阳”。

 

那我们如何建造自己的太阳?

对,就是它,超级高大上的 ——核聚变反应堆

 

人们利用核能的方式有两种,一种是大家熟知的核裂变,即铀、钚等重原子核分裂成几个轻原子核的裂变反应,另一种就是我们的人造太阳需要的核聚变,即几个轻原子核聚合成一个重原子核的聚变反应。

更直观的说,一个是原子弹,一个是氢弹。

请允许我科普一下核聚变反应堆的优势

 

1.  核聚变能是一种清洁能源,不产生放射性废物。

论核武器的威力,以铀、钚等重元素为原料的裂变弹,通常为几百至几万吨级TNT炸药当量,而聚变

核裂变所用的铀-235,反应后会分裂成碘-131、铯-137、锶-90、氙-133、氪-88等核素,这些裂变产物仍然具有放射性,不能随便乱扔。而聚变采用的氢元素三兄弟都是自然界最小的原子,唯一的聚变产物是第二小的原子氦。虽然反应过程中伴随能量输出而带来中子辐射,但聚变产物氦是完全没有放射性和其他毒性的稳定核素,自身安全性很高。

 

2.  聚变反应的原料多。

 

聚变所需要的主材料氘,海水中所含的氘达45万亿吨,足够人类使用上百亿年。而一升海水所含的氘聚变后就可产生相当于300升汽油的热能。用一句话来形容就是廉价、丰富、好提取。至少到目前,氘都被看作取之不尽用之不竭的原料。

 

3.  高能。

 

弹则可大至几千万吨级TNT当量;论能量密度,当今裂变核电站主流堆型所用的浓缩铀(铀-235含量为3.5%),每公斤所含的能量为345.6万兆焦(1兆焦=1000千焦=100万焦),而氢元素聚变反应的能量密度,高达每公斤9.45亿兆焦,相当于只用不到4克氢的聚变,就能达到1公斤浓缩铀裂变放出的能量。

 

核聚变一旦像裂变一样实现商用发电,将是颠覆世界的革命性成功,意味着人类可以制造一个个太阳!人类在能源利用上很可能再也不用精打细算了。

 

既然聚变有如此多的优势,但为什么到现在为止还没有商用堆?

对了,就是温度,临界点火温度为几千万到一亿度,是太阳中心温度的好几倍

 

这是因为在地球上发生核聚变是十分困难的。在普通人工所能建造的反应器规模下,氘-氚聚变反应的临界点火温度为几千万到一亿摄氏度,氘-氘反应的临界点火温度更是一亿至数亿摄氏度,是太阳中心温度的好几倍。

 

因此,要获得这股聚变能量,必须要先输给原料一股巨大的能量。氢弹正是先用一个裂变弹爆炸后产生的上亿摄氏度高温,而引发了核聚变。正常的发电显然不能是炸出来的,而现有的任何难熔材料都扛不住4万摄氏度以上的高温。所以科学家就要解决这些问题:如何让反应发生,以及如何控制这个剧烈反应。

 

这里就要隆重介绍一种托卡马克磁约束核聚变装置,托科马克其实不是一个人的名字,而是环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)的缩写而成,所以托卡马克(Tokamak)是一环形装置,通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境和超高温,并实现人类对聚变反应的控制。

商业化聚变能或在本世纪实现

 

2016年底,中国科学院合肥物质科学研究院的托卡马克装置EAST(“实验性先进超导托卡马克”的缩写),获得了超过100秒的稳态高约束模等离子体放电,成为世界首个持续时间达到分钟量级的可控核聚变反应。

 

托卡马克装置还有一个国际合作的大项目——国际热核实验反应堆(ITER)。ITER落户法国,占地180公顷,共由39栋建筑组成,实验堆主体直径28米,高30米,聚变功率达50万千瓦,相当于中型核裂变反应堆的水平。2008年进入实地建造阶段。建造和运行ITER的科学和工程技术基础已经具备,再经过示范堆、商业聚变核电站(商用堆)两个阶段,聚变能商业化将在本世纪中叶或者稍晚实现。

中国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方正在播种人造太阳。ITER计划旨在验证聚变反应堆系统的工程可行性,并实现稳态运行。这个团队由30多个国家的科研人员组成,是目前世界上最大的科学合作工程。

聚变堆装置中,等离子体在托卡马克磁约束线圈中反应,中心温度高达上亿度,聚变堆面向等离子体的第一壁材料是最受考验和最关键的一种材料,要吸收50万千瓦热功率及核聚变反应所产生的所有中子。对材料的主要要求:具有低溅射速率、高热冲击抗力、高热负荷能力、低氚存留量、低活化放射性和低衰变余热。

 

为了配套聚变堆第一壁和偏滤器的材料要求,安泰科技研发生产的高性能钼合金、钨铜复合件成功作为面向等离子体的关键材料使用,产品性能国际领先,并在世界范围内第一次规模配套中科院EAST项目,成功完成实验任务,实验结果全球领先。

 

 

 

安泰科技也成为了历史上唯一有且仅有的一家中国的钨钼类产品制造商和解决方案的提供者,配套了目前全世界技术最为领先的托科马克模型。


 


也许有一天,在全球一体化的时代下,我们可以与全球顶级的企业和科学家,一起完成正式的核聚变反应堆,完全点亮这一颗“人造太阳”。


 

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