中国核聚变技术重大突破！新一代人造太阳“中国环流三号”实现高约束模式运行

2023-09-01 11:31:50  信息编号：K20230515635713  浏览次数：529

从中核集团了解到，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑。

“中国环流三号”是我国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，它也被称为新一代“人造太阳”。“中国环流三号”团队突破了等离子体大电流高约束模式运行控制等一系列关键技术难题，首次实现了100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。磁约束核聚变中的高约束模式是一种先进的运行模式，比普通的运行模式更具经济性，因此被选为正在建造的国际热核聚变实验堆的标准运行模式。

中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所所长 钟武律：“中国环流三号”团队将进一步研究前沿聚变物理，为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定坚实基础。

人造太阳

“人造太阳”技术实际上就是对核聚变技术的利用与发展，我国“人造太阳”项目的主要目标是建造一座能够实现核聚变反应的装置。通过模拟太阳的聚变过程，将氢等氢元素聚变为氦，释放出巨大的能量。该项目的长期目标是实现可控核聚变，为未来能源供应提供可再生、安全、高效的解决方案。

从目标来看就能够明白，人造太阳并不是一个简单的技术，其详细工作原理更是极为困难。

我国“人造太阳”项目采用的核聚变技术是，通过利用高温等离子体将氢元素聚变释放能量。具体来说，项目采用了托卡马克装置，利用磁场将等离子体稳定在容器中。通过加热等离子体达到高温条件，使得氢元素的核融合反应发生，释放出大量能量。这种技术原理在理论上是成熟的，但在实践中仍然面临许多挑战。

一般情况，人类的对核聚变的使用都是通过核裂变来触发的，也就是传言中的每一枚氢弹都是由原子弹所引爆的。但是通过核裂变的方式来触发的核聚变是无法控制的，它会在被触发的一瞬间爆炸出强大的能量，将一切都消融在绝对的力量面前。所以科学家这才提出了另一种的触发核聚变的方式，那就是通过电磁来控制核聚变的发展，这也就是我国本次突破的“磁约束核聚变”。

不过一直以来，在核聚变过程中控制电磁的产生都是一个很大的难题，因为在核聚变反应过程中所爆发的能量太过巨大，导致磁场会受到巨大的影响，根本无法维持稳定的磁场，电磁也自然会受到这些能量的影响。本次我国科学家实现了100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国能够在核聚变过程中成功控制稳定的磁场，这对于可控核聚变项目来说就是一个重大的发展。

技术突破

中核集团本次成功实现可控核聚变高约束先进控制技术的突破具有里程碑意义。

据悉，该项技术主要包括两部分内容：首先是复杂环境的智能感知与诊断技术，在装置运行时对各种参数进行精准监测，并通过算法快速处理数据给出判断结果；其次则是基于神经网络的模型预测与优化技术，通过迭代学习和自适应调整等方法提升设备性能。

值得注意的是，在经历了多年努力后才达成这一目标后，“限流”成为了最重要任务之一。由于超导体线圈需要耗费大量电流维持强磁场而带来巨大负荷压力，“限流”即对电流进行限制以保证设备稳定运行。因此，“限流”方案设计以及后期测试也显得尤为重要。

“我们采用了联合解决方案——硬件+软件。” 中核集团相关工作人员表示：“硬件上引入了更好、更安全、更稳定、更智能化的设备；软件上提供了一个可以自动化执行任务并快速响应问题的体系。”

虽然还不完美，但中核集团已经走到了世界科技前沿，并借此契机向海外市场输出中国科学家所创造出来的顶级科技方案。“我们相信，在不久之后就可以看到可靠性和长期稳定性都达到顶级水平、并且符合商业需求。” 工作人员说道。

应用前景

在谈论“人造太阳”的运用前景之前，我们首先要明确一个观点，那就是可控核聚变下诞生的人造太阳所带来的能源，是完全取之不尽的清洁能源。或许超过了很多人的预料，但是我们要知道，哪怕是目前看起来无限的核能源也是会被用完的。目前的核能源都是通过铀矿来触发的核裂变能源，这种核裂变与核聚变相比，不仅存在污染，还会用完。就算保守估计，地球上面的核原料也只够如今的人类使用一千年上下，一千年时间确实很长，足够很多代人的诞生与消亡了，但是对于人类文明来说，一千年还是太短了，所以人类必须要寻找更多的获取能源的方式。

并且，这种能源危机实际上已经影响到了当下，由于全球能源需求的急剧增长和传统能源的有限性，寻找可再生能源的替代方案成为当务之急。像是在最近火热的潮汐能，风能，太阳能，这些能源本质上都是为了寻找更多的可替代能源，让地球能源枯竭的那一天来的更晚一些。我国作为世界上最大的二氧化碳排放国之一，迫切需要减少对化石燃料的依赖并提高能源利用效率。

人造太阳的项目如果落实，将对能源领域产生深远影响。首先，该项目的成功将彻底改变能源供应结构，逐渐减少甚至是取消化石能源的使用，实现对环境的保护。其次，核聚变技术的实用化将实现可持续、安全、高效的能源供应，为人类提供持久的能源保障。最后，“人造太阳”项目的成功更能够保障我国的能源安全，使得我国不再会受到境外的能源问题的影响，在世界上也会更加有底气。

再将目光投入到远方，可控核聚变的实现与人造太阳的落实，那么将会给人类带来无穷无尽的能源，科技进步也会迎来重大的发展。能源成为无限所带来的影响并不是简单的让现在的生活不再受到能源枯竭的影响，而是能够让整体人类文明上升一个档次。原先的很多科研实验项目，甚至是对于自然的大改造也会被同步向前推进。

实际上制约了人类文明发展的一直以来都是能源，现代科技只要有了能源，甚至连黄金都能够造出来。我们都知道黄金是极为珍贵的东西，但是科学家现在已经能够通过强子对撞机来“创造”出来黄金了。但是创造黄金的成本要远远大于开采黄金的成本，所消耗的能源太大了。如果能源变成无限的，那么日后这些创造黄金的活动就不会出现阻碍，并且能够研究出来更多的新型材料。

同样，星际探索也会成为可能性。能源的无尽必定会带来材料学的重大突破，或许所谓的室温超导依旧不可能实现，但是研发出来比现在的所有材料强度更大，延展性更好的材料几乎就是一件板上钉钉的事情。材料与能源的突破就标志着人类解决了星空探索的全部问题，到了那个时候，星际飞船的研发也必定是能够实现的。

我国“人造太阳”项目的推进代表了我国在能源科技领域的雄心壮志和创新能力。通过实现核聚变技术的可控化，我国有望引领全球能源革命的潮流，推动清洁能源的发展。这条路的最终终点也一定是面向星辰与大海，这是一种能够解决目前地球上因为资源争夺而产生的冲突矛盾的方法。等到这种技术完全成熟，那么人类的目光将会到遥远的宇宙之外，不会再因为地球上的一亩三分地而争的头破血流。