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中国新一代“人造太阳”
2023年4月12日21时,有“人造太阳”之称的中国“环流器”实验装置,成功实现了403s稳态长脉冲高约束模式等离子体运行,创造了新的世界纪录。
中国“环流器”是我国探索受控核聚变的重要装置。人们对核聚变的研究源于对太阳能源的认识。太阳主要由氢元素和氨元素组成,太阳中心区的温度高达1500万摄氏度、压强约为标准大气压的3000亿倍、密度约为150g/cm3在此极端条件下,氢原子的所有核外电子几乎都摆脱了原子核的束缚,这些失去电子的氢原子核,有的能克服原子核间很强的静电排斥力而靠得足够近,聚合成质量较大的原子核并释放出一定的能量。
核聚变与已经实现和平利用的核裂变相比,其优越性不仅在于同样质量的核材料核聚变释放的能量要比核裂变多4倍以上,更为可喜的是,地球上直接和间接发生核聚变的材料氘核()在海水中储量丰富,同时核聚变更为安全、清洁。
如果要使核聚变得到和平利用,就要使核聚变反应平稳受控进行。要实现受控核聚变,需要将超高温状态下的核燃料,长时间约束在一个非常小的空间内。但是地球上没有任何容器能够承受如此高的温度。为此科学家们想到了利用磁场来约束,其主要结构类似于一个两端相连的闭合通电螺线管,线圈用超导材料制成,可产生强大的电流和磁场,如图所示。由于核燃料在超高温状态下已经变成了带电粒子,磁场对运动的带电粒子可以产生力的作用,因此超高温状态下的核燃料可以被“托举”在磁场中,避免与容器直接接触。
目前,关于受控核聚变的研究工作还在继续,每一次进步都为未来的“人造太阳”注入一缕光芒。
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