根据央视新闻网报告,1月20日,素有人造太阳之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),在安徽合肥创造了新的世界纪录,首次实现1亿摄氏度1066秒的高约束等离子运行。
这也意味着人类首次在地球实验室中,将核聚变过程稳定运行超过了16分钟,这标志着中国可控核聚变技术迈入了全新的里程碑。
或许在不久的将来,中国人造太阳将会率先成功,把天上的太阳移到地球上,至此,人类的文明等级或将上升一个台阶。
人类为何要在地球上造“太阳”?苏联科学家卡尔达肖夫曾提出这样的观点,那就是人类文明等级的提升,实际上就是能量消耗的数量提升,能量消耗越大,也就意味着人类文明程度越高。也以此为标准,把人类文明等级划分为三个等级。
人类文明发展到如今,文明等级还未达到1级,仅为0.73左右,这是因为目前人类还无法完全掌控地球的能量。
另外,目前人类每年消耗相当于300亿桶石油的能量,然而,随着化石能源逐渐枯竭,以及化石能源所带来的一系列气候问题。
可控核聚变技术则是替代化石能源的最优方案了,没有污染,能量也取之不竭,即便是如今的核裂变技术,也与其无法相提并论。
与现有的核裂变技术不同,可控核聚变技术不仅不会产生放射性废渣,每公斤核聚变燃料释放的能量是石油的数百万倍,以目前海水中可控核核聚变的燃料,也就是氘和氚的数量,足够人类使用数百亿年。
可以说可控核聚变技术,是人类解决能源问题的最终解决方案了,如果人类彻底掌握可控核聚变技术后,人类在很长一段时间里,将不会为了燃料问题而担心。
而随着可控核聚变实现商业化后,在方方面面将会给人类带来巨大的变化,首先由于核燃料充裕,可以使用数百亿年时间,几乎可以无限使用,电力成本接近于白给。
那么,农业方面,不再依赖太阳,而是直接用电力种植粮食,那么地球将会养活更多的人口,因为有接近无限的能源,人类将有更多的能源可以改造地球。
首先,利用廉价的能源,可以建造大规模的海水淡化工厂,不仅解决地球上淡水不足的问题,并且还可以利用这些淡水灌溉沙漠,把地球上的沙漠变成绿洲,拓展人类的生存空间。
除了这些外,可控核聚变技术还是人类进行深空探索的“门票”,传统化学材料能量转换率太低,需要携带数千吨才能到达火星,而核聚变燃料仅需1公斤,就可以完成同样的任务。
这就意味着,人类在携带相同燃料的情况下,将会航行更远的距离,也就是人类具备初步星际航行的能力,在此基础上,人类才有能力开发太阳系的能量,也意味着人类从1级文明向2级文明跃迁。
谁率先掌控可控核聚变技术,谁将掌控人类文明的未来诺贝尔奖得主李政道曾经说过这样一句话,谁率先掌控可控核聚变技术,谁将掌控人类文明的未来。然而,就目前阶段来说,人类想要实现可控核聚变技术,难度还非常大。
这个难度就是要满足一个看似的矛盾条件,那就是核反应堆中的温度要达到上亿度,然而,需要控制内部粒子的磁约束“磁笼”的核心线圈,需要在超冷的温度下,也就是-269摄氏度的情况下,才能实现超导,实现超强的磁场。
这个看似矛盾的结合体,才是目前可控核聚变技术迫切需要解决的问题,也是可控核聚变技术的最大难点。
目前,除了中国的技术路线外,还有另外几种技术路线,那就是以德国为主的“仿星器”和美国为主的“激光惯性约束”。
仿星器虽然原理与托卡马克类似,也是利用磁约束来来进行核聚变,但是仿星器与托卡马克最大的不同,就是一个是内部产生电流,进行磁约束,另外一个是通过外部电流,进而实现磁约束。
托卡马克就是内部产生磁场进行约束,而仿星器就是通过外部磁约束。以目前的资料数据来看,仿星器具有天然稳态运行的优势,不像托卡马克一样,需要内部等离子电流来产生磁场,以维持核聚变的稳定性,因此从长远来看,其具有更高的稳定性。
然而,仿星器也有其天然的劣势,那就是其是使用外部的磁约束,其对磁线圈要求很高,需要更复杂的线圈结构,才能产生所需要的磁场强度。
另外,仿星器虽然能够产生足够的磁场,然而这些磁场毕竟是从外部影响到内部,无法精确的控制内部的核反应,因此,需要磁场优化,才能精确的控制磁场。
与这两种技术路线不同的是,目前美国研究的方向是机关惯性约束,其就是通过高能激光束,与装有核聚变材料的装置相互作用,将内部粒子快速压缩和加热到高能量密度状态,从而实现了核聚变反应。
目前来说,激光惯性约束也有两种方式,一种是直接驱动反应,另外一种就是间接驱动反应。
直接驱动就是把高能激光束打向核聚变材料上,产生高压和高温,形成核聚变反应。另外一种间接驱动,就是把高能激光束打入仪器中,利用激光与仪器内部的等离子产生反应,进而压缩核聚变材料,产生核聚变。
目前来说,机关惯性约束已经实现了能量增益,也就是说核聚变输出的能量,已经高于高于输入的能量。
但就目前来说,虽说美国的激光惯性约束走在前面,但是其有一个先天劣势,那就是需要高能激光,也无法大型化,这也是为何目前国际合作的组织,大多选择了托卡马克装置,而不是机关惯性约束装置的原因。
目前阶段,人类实现可控核聚变技术,总体上来说,就是两种技术路线,一种是利用磁约束,一种就是利用激光激发。
而这两种技术路线的国家,代表的就是中国的托卡马克装置,还有美国的激光惯性约束,未来,也只会从这两种技术路线上实现可控核聚变的可能。
而相对于美国的技术路线,中国所选择的技术路线目前来看,看来更加靠谱,目前中国规划的核聚变试验堆(CFETR),计划于2035年建成,输出能量达到输入能量的10倍以上,也就是达到商业发电的门槛,到那个时候,可控核聚变技术,将会率先在中国人手上实现。
而人类文明的未来,也将掌控在中国人手中了。