韩国人造太阳KSTAR在1亿℃下运行30秒,打破了此前其创下的20秒时间,运行温度是太阳温度的5倍多!

打开网易新闻 查看更多图片

韩国“人造太阳”

这个消息马上引起了网络热议,大部分网友对韩国取得的进步表示祝贺,认为这是人类的进步。但也有一部分网友认为这个记录是打破韩国自家的纪录,而不是打破世界纪录,运行时间的世界纪录是我国EAST今年创下的1.2亿℃运行101秒。

韩国的KSTAR和我国EAST都属于全超导托卡马克核聚变实验装置(不是发电设备),属于磁约束核聚变方式,利用强磁场约束带电粒子的特性,将氘氚气体约束在一个特殊的磁容器中并加热至数亿摄氏度高温,实现聚变反应。

我国全超导托卡马克核聚变实验装置

我国EAST中文名叫“东方超环”,位于安徽省会合肥市西郊,设备主机高11米,直径8米,全重400吨,1998年开始建造,2006年首次运行成功,2007年3月实现竣工验收,是世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置。

我国EAST装置2006年首次等离子体放电,持续时间仅3秒,而到2017年运行时间就达到了101.2秒,运行温度5000万℃。2021年5月28日,EAST实现了1.2亿℃等离子运行101秒,以及1.6亿℃运行20秒的世界纪录!

打开网易新闻 查看更多图片

托卡马克装置内部

上世纪90年代,我国用羽绒服、牛仔裤、瓷器换回首台T-7的半超导托卡马克装置,经过20多年的不懈努力,使得我国的磁约束聚变走在世界前列。

虽然我国核聚变研究取得了很大突破,但是在热核研究过程中,各国也意识到“人造太阳”科学装置规模大、投资成本高、建设周期长,任何一个国家都无法单独解决所有难题的。

上世纪80年代,美苏最早提出了建造国际热核聚变实验堆(ITER)计划,主要参与国包括美国、俄罗斯、中国、欧盟、印度、日本、韩国等国家,覆盖近一半人口。

ITER设备全重达23000吨,高近30米,占地面积达到180公顷,采用400kV双进线配电,分为脉冲功率电网(PPEN)和稳态电网(SSEN)两种。

ITER项目施工

ITER运行后可以产生50万千瓦的聚变功率,持续时间达500秒,非常接近发电站水平,这将是人类距离核聚变发电最近的一步。

与ITER相比,我国的EAST就是个“小人造太阳”。正是因为ITER的重要性,日本和法国为了选址地争了很久,最后在欧盟“丰厚条件”的许诺后放弃争夺,ITER项目已于2020年7月28日在法国总部启动安装仪式,目前已完工3/4。

ITER费用各国分摊比例

根据协议,中美俄日韩印六国各自承担总费用的9%,欧盟承担46%。其中PPEN所有设备及材料的制造、试验和供给由我国承担;SSEN所有设备及材料的制造、试验和供给由美国承担,欧盟则负责PPEN及SSEN的设计及安装。

打开网易新闻 查看更多图片

ITER布局图

ITER供电流程

有趣的是,由于ITER项目的不断扯皮与成本猛增,美国为集中搞自己的激光核聚变项目,曾一度退出该项目,最后又加了进来。

激光核聚变属于惯性约束核聚变方式,是目前研究核聚变最主要的两个方式之一,相比磁约束方式,惯性约束的优势是核聚变部分体积更小,冷却效率高,维修方便等。

美国国家点火装置计划

在上世纪90年代,人类就已经实现了5.2亿K温度,输出与输入能力比Q=1.25(1996年日本的JT-60U),但是人类实现核聚变的最后一步始终未能突破。

一般认为,Q=3是满足发电的最低要求,而实现商业运行托卡马克核聚变堆需要达到Q=30~60,温度要到底10亿K(D-T反应),否则面对传统发电没有竞争力,目前人类距离这个要求还有不少差距。

世界主要磁约束核聚变实验装置

在磁约束方面,比较先进的装置包括我国的EAST,韩国的KSTAR,日本的JT-60SA等。衡量核聚变装置性能的最核心参数就是Q值,而影响这个Q值的参数包括等离子密度、等离子温度以及约束时间。

当然,整个Q值并不是直接测出来的,而是计算出来的,因为目前为止,全世界还没有那个核聚变反应堆能发出一度电。

打开网易新闻 查看更多图片

磁约束核聚变实现商业发电路径

我国的EAST一直保持着和世界先进技术的合作交流,是目前世界上最重要的核聚变研究实验平台之一,是美国能源部对外合作的首选装置。

无论是中国还是韩国的核聚变研究取得进展,都是人类的进步,都应该给予鼓舞和支持。而作为ITER项目的成员国,很多技术的试验成果是共享的,ITER也将借鉴我国EAST和韩国KSTAR的经验。

反过来,ITER的经验和技术,也是各成员国共享。