你知道國際上空間最大、埋深最深的深地實驗室長什么樣?在1秒鐘的1億億分之一的時長里超快光場能完成哪些活動?人類該如何解決終極能源問題?“人造太陽”能源如何產(chǎn)生?

在這里，為您揭曉答案!

由中國科協(xié)科學技術(shù)傳播中心出品，中央廣播電視總臺影視劇紀錄片中心等單位聯(lián)合制作播出的系列科學紀錄片《打開宇宙之門》近期在CCTV-9上映。 本片聚焦一系列我國自主研發(fā)的大科學裝置，對我國重大科技基礎(chǔ)設施進行了科學解讀，展示了我國重大科技基礎(chǔ)設施建設所取得的成就及這些超級裝備所孕育的重要科研成果。

讓我們一同走進《打開宇宙之門》第二集《東方超環(huán)》，一起看→

第2集 東方超環(huán) 

我們生活中使用的能源大多來自煤、石油等化石能源，但是化石能源不僅污染環(huán)境，而且遲早會枯竭，風能和水力發(fā)電無法普及各地，人類該如何解決終極能源問題呢?答案是核聚變能，核聚變能源會是我們所擁有的最潔凈、最環(huán)保、最可靠的能源之一。

其實我們一直生活在核聚變環(huán)境中。地球上生命賴以生存的最重要的能量來自太陽，而每天照耀大地的陽光，就來自太陽內(nèi)部核聚變反應所發(fā)出的能量。

核裂變是由重的原子核分裂成兩個或多個質(zhì)量小的原子核的一種核反應。原子彈和核電廠的能量來自核裂變，而核聚變則是由兩個較輕的原子核結(jié)合形成一個較重的原子核的反應，當聚合發(fā)生時，能量就被釋放出來生成光和熱。

在太陽芯部，每秒鐘有6億噸的氫經(jīng)過核聚變反應變成氦，并釋放出3.9乘以10的26次方焦耳的能量，正是這巨大的能源帶給了我們光和熱。

我們無法把一顆恒星安放在地球上來利用核聚變能，但是我們可以復制出一個類似恒星的環(huán)境。

位于安徽合肥的中國科學院等離子體物理研究所就建有一座被稱為“東方超環(huán)”的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST，也被稱為中國的“人造太陽”。

中國科學院合肥物質(zhì)院等離子體物理研究所研究員龔先祖：“核聚變其實早已實現(xiàn)，(比如)氫彈的爆炸。但要實現(xiàn)可控的核聚變，需要非常苛刻的條件，需要極高的溫度、極高的密度，同時希望能夠維持很長的時間。”

然而地球上可控物質(zhì)的最大密度要遠低于太陽芯部的密度，而且人造物理環(huán)境也很難實現(xiàn)太陽芯部的2500多億倍大氣壓的高壓。

因此想要讓核聚變能夠發(fā)生，只能制造出比太陽更極端的高溫環(huán)境——將物質(zhì)加熱到上億度，成為高溫等離子體狀態(tài)，才能發(fā)生核聚變，發(fā)出太陽般的光和熱。

除此之外，還需要將核聚變反應約束在可控范圍內(nèi)，因為如果不可控就會像氫彈爆炸那樣，能量無法利用。而讓核聚變可控的主流方法則是磁約束。

龔先祖：“磁約束就是通過線圈產(chǎn)生強大的電流，產(chǎn)生一個磁場，使得等離子體中的帶電粒子沿著磁力線運動。”

這個高11米、直徑8米、重400噸的龐然大物就是“人造太陽”的主機部分。當聚變原料進入裝置后，就會被電離形成高溫的等離子體。

在全超導線圈超強磁場的約束下，等離子體在環(huán)形腔體內(nèi)運行，發(fā)生著聚變反應，“人造太陽”能源就此產(chǎn)生。

2023年4月12日，“東方超環(huán)”成功實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運行，刷新了此前101秒的世界紀錄。長時間穩(wěn)態(tài)運行，為“人造太陽”的實際應用奠定了堅實的科學基礎(chǔ)。

龔先祖：“我們希望產(chǎn)生聚變的等離子體，連續(xù)存在的時間能夠滿足未來能源的需求，這是我們的夢想，這是我們的追求。”

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