作為“人類終極能源”的可控核聚變,中美之間的差距在哪?

當地時間12月13日,美國能源部宣佈:LLNL透過國家點火裝置的實驗獲得成功,聚變反應產生了大約2。5兆焦耳能量,是鐳射所消耗2。1兆焦耳能量的120%,在核聚變領域取得了突破性進展。

自古以來,地球上的生靈一直依賴的就是太陽核聚變產生的能量。

太陽的核聚變是由氫原子聚變形成氦,釋放出大量能量。氫原子加熱到很高的溫度後,從氣體變成等離子體,其中帶負電荷的電子與帶正電荷的原子核分離。通常情況下帶正電的原子核之間強烈的排斥靜電力使它們無法靠得足夠近而發生聚變。然而,如果原子核能夠克服靜電力,使它們能夠在非常近的範圍內相互作用,那麼原子核之間吸引力將超過排斥的靜電力,從而允許原子核融合在一起。當溫度升高時,這種情況就會發生:離子移動得更快,最終達到足夠快的速度,使兩個離子之間靠得足夠近。原子核就會發生聚變,從而釋放出能量。

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太陽依靠核聚變產生熱量

太陽核聚變產生的能量到植物光合作用的利用,再到動物利用再到人類利用,這期間會產生大量損耗和不可忍受的汙染物,例如煤炭發電、石油燃燒產生的能量。可控核聚變就是模仿太陽產生能量的方式,透過易獲得材料產生幾乎無限的清潔、安全的能源。

核聚變技術早已被人類攻克,1952年,第一顆氫彈就研製成功了。

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氫彈爆炸

如果把核聚變當做一匹放蕩不羈的野馬,如何把這匹野馬馴化讓它拉車,目前卻是可望不可及的關鍵技術,也就是可控核聚變技術。誰掌握了這項技術,就是掌握了控制能源的制高點,也就站上了控制世界的制高點。可控核聚變技術裡有一項關鍵突破點,就是淨能量增益。打個比方,還是那匹野馬,飼養成本和拉車的收益哪個高,只有拉車的收益高於飼養成本才有經濟價值。實現淨能量增益就是收益大於成本了,有賺頭了,可以說是一項巨大突破。

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核聚變原理

目前世界上多個國家都在競相研究這項技術,其中美國和中國走在前列。1960年開始,中國以“託卡馬克”為主要研究途徑,利用此技術先後建成並執行三大聚變反應堆:華中科技大學的J-TEXT裝置、核工業西南物理研究院的HL-2M裝置和中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所、素有“人造太陽”之稱的EAST全超導託卡馬克裝置(東方超環)。

中國的技術突破:

2020年12月,中國環流器二號M裝置(HL-2M)在四川成都的核工業西南物理研究院正式建成並實現首次放電;

2021年12月,中國“人造太陽”EAST成功實現1056秒的長脈衝高參數等離子體執行,成為世界上託卡馬克裝置實現的最長時間高溫等離子體執行,打破世界紀錄;

2022年10月,中國宣佈EAST裝置的等離子體電流突破100萬安培(1兆安),創造可控核聚變裝置執行新紀錄,讓中國核聚變研究實現從跟跑、並跑到領跑的跨越。

但是,中國在淨能量增益方面還沒有實質性突破。

老調重彈,科學技術是第一生產力。科技一向在國際競爭中佔有重要地位。從近幾年的晶片事件上就可以看到,科學技術對於一個國家來的重要程度。讓人家領先了技術,就會對我們有各種卡脖子。而今天,我們的綜合國力和科技水平都獲得了大力發展,在可控核聚變領域趕超美國是指日可待的。

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