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人类能制造出能源永动机,生产取之不尽用之不竭的能源吗?

终极能源是什么,终极能源是取之不尽,用之不竭的能源,人类只需要花费很少的原料投入,就能得到巨大的能源产出。这对解决世界能源问题有非常重要的意义,象征着人类可以从能源上突破自然的限制,顶尖的科学家们在这条路上前仆后继。

ITER,国际热核聚变实验堆,也就是我们现在简称的人造太阳,是世界上目标最为宏大的科学能源项目,主要目的是为了人类制造完美的能源。完成这么一个科学项目是一个非常复杂的工程,需要全世界最聪明的科学家来参与。

ITER的研究活动对于未来推进聚变科学和聚变电厂的建设发挥着至关重要的作用,它确保了基于聚变的电力生产所需要的技术、材料和设备的功能的先进性和可用性。它将是世界上第一个持续产生净能量的聚变设备。

核聚变实验中最为重要的就是托卡马克,一个磁聚变装置,通过利用磁约束来将热等离子集中在核心。ITER的托卡马克是在35个国家的共同努力下建成的,位于法国的南部。

托卡马克产生的核聚变的能量是直接从其核反应堆的核心产生的。容器越大,能够产生的等离子的体积也就会越大,因此聚变能产生的潜力也越大。

这个想法最早是是1985年提出的,成千上万个科学家和工程师为此前仆后继,做出了非常巨大的贡献。ITER主要有7个成员,分别是中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯和美国,至今已经合作了35年了,成员国们将一起建造能够实现聚变反应堆所需的实验装备。

“人造太阳”具体要如何实现呢?科学家根据太阳的动能原理想到了一个办法,就是把一团上亿摄氏度的等离子体火球,用磁场将其悬浮起来,与周围的容器保持距离,从而对其进行加热, 控制,看起来就像是一个“太阳”。

ITER的托卡马克能产生的等离子量是当今世界上最大的生产机器的10倍,我们一起来看看它到底能够实现什么?要让核聚变能够被人类所利用,首先需要将氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度,并需要至少持续1000秒,才能形成持续反应。

第一,它能够产生500兆瓦的聚变功率。核聚变世界纪录的保持者是欧洲托卡马克JET,1997年,JET从24兆瓦的总输入加热功率中产生了16兆瓦的聚变功率(Q = 0.67),然而人造太阳将旨在产生10倍的能源回报,也就是说输入50兆瓦的总输入加热功率将产出500兆瓦的聚变功率(Q = 10),因此它是历史上第一个能产生净能量的机器。

第三,通过内部加热来提高“热等离子”的门槛。聚变所产生的能量能够有效地被限制在热等离子中一段时间,科学家认为人造太阳不仅能够增加获得的聚变能,还能延长热量在热等离子中的时间。

聚变是太阳和其它恒星的能量来源,这些星体的核心含有巨大的热量和重力,氢核相撞,融合成更重的氦原子,并在此过程中释放出大量能量。

在实验室中要实现聚变要满足三个重要的条件,温度,等离子密度和时间。温度要达到大约150,000,000°C,而且空间中等离子的密度要很强,其产生碰撞的几率才比较大,以及足够让粒子膨胀的时间。

既然人造太阳作为解决能源问题的重要解决方案,想必有很多国家也在进行着类似的实验,那么我们国家有属于自己的人造太阳吗?有的。

中国也有自己的人造太阳项目,叫做“EAST”,突破了世界技术的多项极限,集中了超高温、高低温、超大电流、超强磁场等多种特点。中国的人造太阳国产化率达到了90%以上,自主研发水平在70%左右。与ITER相比,我们的EAST项目只有其1/4的大小,中国人造太阳的实现对ITER的建设有非常重要的启示。

2017年中国的人造太阳创造了101.2秒的高约束等离子运行,突破了世界现有的记录。在中国科学家的不断努力之下,2018年EAST装置实现1亿摄氏度等离子体运行。事实上中国的人造太阳技术已经处于世界的领先地位。

人造太阳是人类根据太阳和恒星能量产生的原理所制造出来的一种能源生产方式。是通过将温度极高的等离子火球在磁场中悬浮起来,进行加热和控制而实现的。目前世界上最大的在建人造太阳项目叫ITER,集合了世界上最聪明的科学家。我们中国也有自己的人造太阳,而且实现了多项技术的重大突破,让未来的完美能源可期。

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