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“中國環(huán)流三號”等離子體運(yùn)行畫面。（中核集團(tuán)供圖）
不久前，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”取得重大科研進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運(yùn)行紀(jì)錄，突破了等離子體大電流高約束模式運(yùn)行控制、高功率加熱系統(tǒng)注入耦合、先進(jìn)偏濾器位形控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。
磁約束聚變穩(wěn)態(tài)運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)能量穩(wěn)態(tài)輸出
萬物生長靠太陽。太陽之所以發(fā)光發(fā)熱，是因?yàn)閮?nèi)部的核聚變反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)核聚變的原材料在地球上極豐富，如果能造一個“太陽”發(fā)電，人類有望實(shí)現(xiàn)能源自由。而人造太陽擁有類似太陽的運(yùn)行機(jī)制，可利用核聚變反應(yīng)產(chǎn)生巨大的能量。
可控核聚變具有資源豐富、環(huán)境友好、固有安全等突出優(yōu)勢，是目前認(rèn)識到的能夠最終解決人類能源問題的重要途徑之一。
“中國環(huán)流三號”由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計(jì)、建造。中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院副研究員肖國梁介紹說，可控核聚變以約束方式分類主要有3種，分別為以太陽為例的引力約束聚變、以激光聚變?yōu)榇淼膽T性約束聚變、以托卡馬克裝置為代表的磁約束聚變。
磁約束聚變是一種利用磁場，將聚變?nèi)剂现械牡入x子體約束在空間中的技術(shù)。托卡馬克裝置是進(jìn)行可控核聚變研究的主流裝置，其利用強(qiáng)磁場把上億攝氏度的等離子體長時間控制在真空容器里，并使聚變反應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。
“磁約束核聚變中的高約束模式（H模）是一種典型的先進(jìn)運(yùn)行模式，被選為正在建造的國際熱核聚變試驗(yàn)堆（ITER）的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式?！毙赫f，這種方式未來能通過穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的能量輸出，也是目前最有望率先實(shí)現(xiàn)聚變能利用的途徑。
人造太陽實(shí)現(xiàn)超大電流高約束運(yùn)行
衡量核聚變裝置及核聚變研究水平有3個參數(shù)：燃料的離子溫度、等離子體密度和能量約束時間，只有3個參數(shù)的乘積超過特定數(shù)值，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的核聚變。未來聚變堆裝置通常都在100萬安培以上穩(wěn)定運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)更高的聚變參數(shù)，并輸出能量。
為實(shí)現(xiàn)聚變能源利用，需要提升等離子體綜合參數(shù)至聚變點(diǎn)火條件，即實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)輸出能量超過輸入能量。肖國梁介紹說，相較于普通運(yùn)行模式，磁約束核聚變中的高約束模式（H模）可使等離子體綜合參數(shù)提升數(shù)倍，有效提高等離子體整體約束性能。
“100萬安培等離子體電流高約束運(yùn)行，可以理解為高約束模式能夠更好地將100萬安培電流的等離子體抓住在磁場中進(jìn)行反應(yīng)，從而獲得更高的聚變等離子體參數(shù)?！毙航榻B說，這是一個聚變裝置綜合能力的體現(xiàn)，包括等離子體位形控制能力、高功率加熱能力、裝置壁處理技術(shù)，裝置加料技術(shù)，不穩(wěn)定性控制技術(shù)，以及先進(jìn)診斷測量技術(shù)等眾多技術(shù)攻關(guān)的成果。
據(jù)了解，核聚變能商用時間預(yù)計(jì)在本世紀(jì)中葉。肖國梁介紹說，“中國環(huán)流三號”團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步發(fā)展高功率加熱和電流驅(qū)動、等離子體先進(jìn)運(yùn)行控制等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)堆芯級等離子體運(yùn)行，加速聚變能開發(fā)進(jìn)程。（記者張英賢）
責(zé)任編輯：胡惠雯
