中国的先进超导托卡马克实验装置(EAST)在核聚变研究方面取得了重大突破,持续温度达到 1 亿摄氏度。
这一里程碑标志着全球在追求清洁能源方面取得了重大进展,使人类更接近在地球上复制太阳的能源生产方式。核聚变有望带来无限的无碳电力,对能源生产的潜在影响可能是巨大的。
位于安徽省合肥市的 EAST 是一个实验反应堆,旨在模拟太阳内部发生的核聚变过程。核聚变与核裂变不同,核裂变通过分裂原子产生能量,而核聚变则是在极热和极压的条件下将氢原子核结合在一起,从而释放出大量能量,且不会产生碳排放或长期放射性废物。中国对核聚变研究的重视是开发可持续能源资源以替代化石燃料的广泛倡议的一部分。
达到 1 亿摄氏度的意义不容低估。要进行核聚变,需要将氢原子加热到这一极端温度,其温度是太阳核心温度的数倍。在这种温度下,会产生等离子体--物质的过热形式,使原子核发生碰撞和融合,从而释放出大量能量。从历史上看,虽然实验已经达到了这样的温度,但长期保持这一温度却被证明是一个巨大的挑战。中国最近的成功展示了在实现稳定性方面迈出的重要一步,这对于开发功能性聚变反应堆至关重要。
在核聚变研究的竞争格局中,中国的 EAST 站在最前沿,但它并不孤独。其他著名项目包括位于法国的国际热核聚变实验堆(ITER),这是一个全球合作项目,有望在2030年代实现首个等离子体。位于英国的欧洲联合环(JET)在聚变研究方面也很有影响力,最近创下了持续产生 59 兆焦耳聚变能的纪录。此外,SPARC 是麻省理工学院和美国联邦聚变系统公司的一项私营部门倡议,旨在利用先进的超导磁体开发紧凑型聚变反应堆。
尽管 EAST 取得了进展,但在通往商业核聚变的道路上仍存在诸多挑战。这些障碍包括需要维持更长时间的等离子体反应、实现能量收支平衡以及开发能够承受反应堆内极端条件的材料。
为了进一步提高核聚变能力,中国还在开发中国核聚变工程试验堆(CFETR),目的是延长等离子体持续时间,最终实现发电。
中国 EAST 取得的成就加剧了全球实现商业核聚变的竞赛,尤其是在围绕气候变化和能源需求不断增长的担忧持续存在的情况下。核聚变技术具有提供安全、无限和无排放能源的潜力。任何国家若能成功实现核聚变的商业化,都将引发能源生产的革命性转变,不仅影响家庭和工业的能源供应方式,还将扩展到太空探索领域的应用。