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“人造太陽”安排上了,能源自由還會遠嗎?

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-09-21 04:38:08    作者:史舒文    瀏覽次數:7
導讀

俗話說,萬物生長靠太陽。從地表植物光合作用,動物生息繁衍,到地表下沉積的礦石天然氣能源,其實都離不開太陽提供的能量。不過隨著人類社會生產活動的增加,能源消耗速度有所增快,我們愈發意識到地球上可用資源是

俗話說,萬物生長靠太陽。從地表植物光合作用,動物生息繁衍,到地表下沉積的礦石天然氣能源,其實都離不開太陽提供的能量。不過隨著人類社會生產活動的增加,能源消耗速度有所增快,我們愈發意識到地球上可用資源是有限的。僅靠吸收太陽的一部分微小能量,恐怕資源終會有枯竭的一天。


上世紀60年代,物理學家弗里曼·戴森曾設想一種解決方案,他認為一個高度發達的文明,必然有能力制造出一個巨大的球體(也稱戴森球),它能將整個太陽包裹起來,從而截獲太陽的大部分能量。顯然這一目標離當下的我們有些遙遠,不過科學家們卻另辟蹊徑:與其包圍太陽,不如自己造一個“太陽”



現如今全世界許多China都已投入研發人造太陽,今年5月28日,華夏的人造太陽之一,先進超導托卡馬克實驗裝置(EAST)更是成功刷新世界紀錄,實現了1.2億攝氏度等離子體運行101秒的好成績。那么在達成這一成就前,人造太陽的誕生都突破了哪些技術難題?假如今后投入使用,它會為我們生活提供哪些便利呢?




兩次工業革命以來,人類先后經歷了蒸汽時代、電氣時代,近年來光伏、風能、核能等新能源也在快速崛起,使社會生產效率大大提高。但這些能源都有一定的局限性,煤、石油、天然氣等化石能源在大量開采后將面對枯竭的危機,且會造成一定的環境污染,新能源又受到自然條件限制,無法保障穩定供應。


相比之下,太陽已經發光發熱了大約45億年,并且依舊在源源不斷地產生能量,它又是如何做到的?


這還要從太陽本身的屬性講起,近距離看它就像一個燃燒的大火球,是因為其內部每時每刻都在釋放能量。當兩個氫原子核吸引碰撞,聚合成氦原子核,這一過程中會爆發出驚人的能量,也就是我們所說的核聚變。反觀地球上如果也能模擬這個過程,是否會產生取之不盡的能量?


科學家們正在將這一設想變為可能,要想實現氫原子核碰撞,首先須確保“原料”充足,而地球僅水資源中的氫原子就數不勝數,因此取材不成問題。但真正的難題卻是使氫原子聚合,模擬太陽核聚變的過程,需要達到1億攝氏度以上的高溫,僅憑現有技術我們能實現嗎?




單純依靠耐高溫的材料,恐怕無法解決問題。即便是已知熔點較高的金屬鎢,也僅能承受3400度左右的溫度。而更棘手的是,人造核聚變遠不如太陽內部穩定,在升溫過程中等離子體會有隨機的能量損失,溫度越高,它們越難以約束,因此科學家們必須要找到一種既耐高溫又能穩定作業的兩全之法。



經過不懈的探索,人造太陽團隊終于借助一個“神秘裝置”完成了初步的實驗。它就是托卡馬克(也稱環磁機),一種長相酷似甜甜圈的磁約束裝置。其內部為環形真空,外面圍繞著精密的線圈。當它通電時,會產生巨大的環形磁場來約束等離子體,并將其加熱至超高溫度,從而達到核聚變。有了托卡馬克助力,上述棘手的問題便迎刃而解了。



雖然裝置問題得以解決,但讓如此龐大的設施正常運轉,工作人員需要把控每個細節,僅制造公差就要控制在1毫米以內。有任何環節出現疏漏,都可能導致等離子體逃逸,進而對設備造成嚴重的損壞。若制造更大產能的人造太陽,想必還有更多的難題等待去解決。



除了華夏項目的推進,全世界人造太陽的研發也陸續有了成果。當前全球35個China正積極參與國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃,華夏作為該計劃平等成員方之一,承擔了建設、運行等多方面的重要工作。


相信不久后的將來,更強大的人造太陽將會誕生。屆時不僅能源緊張問題將得到解決,人造太陽也將作為更炙熱的存在,點燃萬家燈火,照亮我們的地球,從而作為人類的“終極能源”造福世世代代!


 
(文/史舒文)
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