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电子温度1亿度,中国人造太阳内力惊人

2018-11-14 09:10来源:科技日报

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  “等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度。”短短一句话让网友兴奋了。11月12日,中科院等离子体物理研究所发布消息,EAST核聚变装置在2018年实验中又有突破。

  核聚变就像氢弹爆炸或太阳内部反应,温度超高,一般容器没法盛放。被寄予最大希望的核聚变实验方案叫“托卡马克”——用超强的磁场约束高温的核燃料。EAST又称东方超环,是中国研制的世界第一个非圆截面全超导托卡马克。它的外形像一个甜甜圈,它使用超导体,以最小的能耗获取最强的磁场。

  EAST近年来一直走在国际竞争最前列,在高性能、稳态、长脉冲等离子体研究方面成绩傲人。比如去年EAST创造了“101.2秒高约束模等离子体运行”的稳定时间世界纪录,就引起舆论热议。

  “描述等离子体的参数很多,比如稳态运行时间、密度、电子温度、离子温度等等,都很重要,我们希望所有的参数同时提高。”中科院等离子体物理研究所所长万宝年告诉科技日报记者,“这次大家关注的‘1亿度’是电子温度。媒体喜欢简化成‘等离子体温度1亿度’,实际上除了电子温度还要看离子温度。”

  氘和氚发生聚变需极高温度(氢弹用原子弹起爆来点燃)。高温下,物质离散成较轻的电子和较重的原子核-离子(这也是它能被磁场约束的原因)。万宝年说,电子和离子的温度有差异,要用不同技术分别加热,用不同技术分别测量。

  此次等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度,主要归功于电子回旋与低杂波协同加热两项技术。

  “EAST就好比一个炉子,要让它的内部足够热。一要提高加热效率,二要让热量更慢跑出去。”万宝年说,“炉子越大,越容易提升核心温度。EAST比较小,实现电子温度1亿度比较难;将来ITER(国际热核聚变反应堆)用同样的办法实现2亿度,就容易多了。”

  万宝年说:“实验在8月份就已经完成,但当时没有立即发布,因为确保数据准确需要重新校核所有的测量设备和大量计算。一个手段测量出来的数据,需要用其他手段的测量来验证,并且多种手段的测量结果经过物理计算要自洽。”

  “得到实验结果时,我并没有太激动,因为这是预料之中的。”万宝年说,“这次的实验是我们长期计划中一个点上的阶段性成果。我们更加关注的等离子体综合指标的提升,这个科学价值更高,对未来聚变堆的借鉴意义也更大,但因为太专业,大家对此不是太关注。”

  值得注意的是,今年实验中,EAST蕴含的能量创了纪录,它通过优化稳态射频波等多种加热、电流驱动技术在高参数条件下的耦合,以及先进等离子体控制技术,实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦。

  相关研究成果是10月下旬在印度举办的第27届国际聚变能大会上公布的,国际同行给予高度评价。11月12日消息在国内发布后被广为转发。

  EAST此次实验的“射频波加热、低动量注入、钨偏滤器”等技术的组合,将为ITER和正在设计中的中国聚变工程实验堆CFETR提供重要的实验依据与科学支持。(高 博)

[责编:张佳兴]

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