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最近国外媒体纷纷报道,韩国人造太阳KSTAR再次打破纪录,成功地将等离子体在1亿度下维持了48秒,打破了2022年9月31秒的纪录,为实现2026年约束300秒奠定了基础。

我感觉有些奇怪,等离子体约束时间纪录不是中国合肥的东方超环(EAST)创造的吗?我很清楚地记得是1.2亿度下101秒,怎么48秒反而创造了新的纪录?

在查看了多篇新闻报道后,我发现都是说创造了新的纪录,但没有一篇文章提到东方超环的101秒,所以我估计原因可能有两个,一个是韩国打擦边球,只说是创造了新的纪录,但却不说是世界纪录,也只字不提东方超环的纪录,故意造成这次试验创造了新的世界纪录的假象。

另一个原因,就是这个纪录可能并不那么重要,所以没有引起多大关注。

韩国这个纪录是在将碳基偏滤器升级成钨偏滤器后实现的,偏滤器安装在容器底部,负责处理废气和杂质,需要承受极高的温度。此前KSTAR使用的是熔点很高的碳,但等离子体容易粘附在碳表面,从而影响了等离子体的约束时间。

而钨的熔点和碳差不多,但原子质量更大,可以避免这个问题,从而可以延长约束时间。

不过光延长约束时间并不足以导致可控核聚变的发生,这是由劳森三重积决定的,也就是等离子体温度、密度和约束时间的乘积需达到劳森判据的要求,一般认为是3x10^21千电子伏特·秒/立方米,核聚变才可能发生。

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目前最接近这个值的托卡马克装置,是日本的JT-60在1997年代创造的,1.53x10^21千电子伏特·秒/立方米,另外它还创造了一个纪录,托卡马克装置温度最高纪录5.22亿摄氏度,也是在1996年创造的。

然后是升级后的JT-60SA,2004年曾将等离子体在2000万摄氏度下维持了31分45秒,2006年在1亿度下维持了28.6秒,已经接近韩国2022年1亿度31秒了,问题日本是在2006年就实现了。

所以只谈温度和约束时间是没有意义的,即使这个所谓的三重积,也只是一个理论上的计算,目前还没有得到任何验证。一些人甚至认为,这三个条件可能根本无法同时达成,可控核聚变因而无法实现。

我感觉这就像三体问题,温度、密度和约束时间是相辅相成的,任何一个的变化都会影响其他两个,很难说这种动态的变化最后会怎样。三体问题最终无解,所以三体人要逃到地球,三重积最后也无解呢?

目前的计算结果就是,非得建造国际热核聚变装置(ITER)那样巨大的托卡马克,才有可能实现可控核聚变,那么它的目标是什么呢?

1.5亿度的高温等离子体,维持500秒,产生500兆瓦的聚变热能。

目前中国的东方超环是1.2亿度101秒,并且是可重复的,已经超过了韩国的1亿度48秒,这才是现在的世界纪录。

东方超环的另一个纪录是1056秒的约束时间,不过温度只有7000万度,还有一个纪录是1.6亿度20秒,但即使如此,离ITER的目标都还相距甚远。

好在ITER明年就将开始第一个等离子体试验,究竟有没有希望,可能很快就有答案了。