JET最强核聚变VS我国东方超环,哪个离无限能源更近?

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能和太阳一样发光发热的核聚变,向来被视为人类文明未来发展的关键节点之一,而一旦实现可控核聚变,进行星际旅行不再是梦想,整个太阳系都会变成“太阳村”,随便溜达。各国很早就开始了这方面的努力,比如1983年,欧洲国家就在英国牛津郡库勒姆建立了一个可以进行氘氚聚变反应的“联合环”,简称JET。而就在最近,这个JET反应堆宣布取得了重大技术突破。

1、JET实现最强核聚变能量输出

国际热核聚变实验堆计划(ITER)联合宣布,在 2021 年 12 月 21 日,来自欧洲的研究团队实现了受控核聚变能量的新纪录:它们在目前世界上最大的聚变反应堆,即在欧洲联合环(JET)中,将氢的同位素氘和氚加热到了 1.5 亿摄氏度并稳定保持了 5 秒钟,同时核聚变反应发生,原子核融合在了一起,释放出59 兆焦耳(MJ)的能量。

所谓核聚变,是指两个较轻原子核合成较重原子核释放出巨大能量的过程,这个过程几乎不会污染环境,是人类追求的理想能源模式。

核聚变人类早就掌握了,但是掌握的是不可控核聚变,只能直接爆炸。如果需要将这些巨大能源利用起来,那就要实现可控核聚变,也就是要控制核聚变反应过程,实现能量的平稳输出。

可控核聚变是国际上的难题,虽然攻关多年,但是一直未能实现,业界有一句自嘲的话:实现可控核聚变永远是还要50年!

本次JET实验成功无疑是里程碑性的,它的成功为即将竣工ITER带来了铺平了路。JET首席执行官Ian Chapman教授称:幸好实验成功了,否则我们就要对ITER前景担忧。

JET是目前世界最大的可运作托卡马克装置,也是世界最大核聚变能量输出保持者,与我国东方超环(EAST)相比,哪个更强呢?

我国EAST和JET都属于托卡马克装置,都是通过磁约束来实现受控核聚变的环形容器,但是它们双方侧重点不同,不宜直接比较。

EAST总体上具有世界领先水平,采用和ITER类似的加热方式和偏滤器结构,是全球唯一能在百秒量级条件上全面演示和验证 ITER的科学研究实验装置。

2021年度,我国EAST先后实现了1.2亿度下运行101秒,以及在7000万度下稳定运行1056秒的世界纪录。

JET则是世界上唯一一个能够实现“氘氚聚变”反应的实验装置,保持着核聚变最大能量输出纪录。EAST更偏向于磁约束实验,并不能实现核聚变反应,这是因为在EAST运行过程中,等离子体内只有D核素(氘),没有T核素(氚)。

EAST实验的意义主要在于研究如何长时间稳定地约束等离子体,以便为我国参与的ITER项目及CFETR提供实验支持,维持聚变反应、解决材料辐照问题、能量转换、T滞留问题等都不是它的研究重点。

2、东方超环

自从2003年我国宣布加入ITER以来,我国核聚变发展突飞猛进,虽然目前和发达国家还有一定距离,但是我国有自己的特点。特别是世界先进水平的EAST建成以后,取得了不少科研成果,为世界可控核聚变发展做出了巨大贡献。

我国自2006年开始就参与了这个项目,是最早的7个成员国之一。这期间,中国科学家以参加国际热核聚变实验堆ITER为契机,在全面消化关键技术基础上,自主建设创新,开展高水平科学研究,在近五年里取得了一系列重要成就和突破,并建立了自己的核聚变实验装置EAST,也叫HT-7U、“人造太阳”、“东方超环”,位置位于安徽合肥。

实际上,ITER主要实验工作,我国已在EAST上差不多做完了,而且等离子稳定时间为100秒,远远超过英国JET的5秒。并且我们的EAST是超导磁铁的,是世界上第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应试验性装置,处于领先位置,欧洲则要等到ITER才能是超导磁铁的。而现在这个ITER发展很不顺利,拖拖拉拉,说不定会变成第二个伽利略2,最终烂尾。

不仅如此,我国已经另起炉灶 正在建造热核聚变工程实验堆CFETR,进展顺利,原计划开通时间比ITER晚一年,说不定能追上ITER。据说CFETR的设计占空比是50%,也就是说一半时间可以输出能量,而欧洲ITER则只有10%。值得一提的是,我们的是工程实验堆,如果成功,就可以直接上工程示范堆了,会把人类对可控核聚变的实用化,提早几十年。

3、法国聚变反应堆

法国还有一个更大的聚变反应堆?没错,2013年,35个国家在法国普罗旺斯-阿尔卑斯-蓝色海岸大区卡达拉舍,建造了世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆,也叫国际热核聚变实验反应堆ITER。

这是一个重达2.3万吨,近30米高,占地180公顷的现代科技城,至2015年6月,建筑成本已超140亿美元。而截至2021年5月,ITER对第一等离子体的完成率接近75%,并将于其后数年开始尝试启动反应堆。预计于2025年正式开始等离子体实验,2035年进一步开始进行全氘 - 氚聚变实验。

相比较正值壮年的EAST,1983年就投入运行的JET装置已经老矣。JET运营负责人表示将在2023年之前关闭JET,不过在此之前,还会再进行一次试验,希望它能再次带来突破。

随着近几年可控核聚变不断取得突破,人类距离取得这种新型能源已经越来越近,有消息称,最快2030年可控核聚变将可以用于商业发电,人类未来可期!

在国际上也并非只有我们在努力,除了英国JET、法国ITER之外,还有日本的JT-60、俄罗斯的T-15和韩国的KSTAR等,这是进入下一个文明时代的钥匙,谁能抢占先机,谁就会在下一个文明时代占尽优势。而再加上二氧化碳制造淀粉的技术,我们会率先进入星辰大海的时代吗?

文章来源: 蓝色冲击波,老罗闲聊科学

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