境外媒体：中国科学家接近造出“人造太阳”_科学资讯_蛋蛋赞新闻
参考消息网2月7日报道 香港《南华早报》网站2月5日发表了题为《中国科学家向制造“人造太阳”迈进》的报道，编译如下：在中国东部一个甜甜圈形状的房间里，科学家们已经能利用核聚变制造灼热的氢气，这些氢气的温度是太阳中心温度的3倍多，而且科学家们能让这一温度维持102秒。研究人员说，全球竞相利用一种新型的、人造太阳能来获取无尽的清洁能源，这一突破让中国在这场竞赛中抢得先机。随着地球的天然能源储备迅速耗尽，获取无穷无尽的清洁能源已经变成一个迫切需要解决的问题。中国科学院合肥物质科学研究院周三在其网站上说，上周在该研究院的一个磁约束聚变反应堆上进行了这个实验。这个反应堆的正式名称是“实验型先进超导托卡马克”（EAST）。它能将一种氢气——被称为等离子体的一种灼热的离子化气体——加热到大约5000万开氏度（约合4999.9万摄氏度）。太阳中心的温度大约为1500万开氏度。根据这一热力学温标，绝对零度为零开氏度（相当于零下273.15摄氏度）。在这个温度，所有分子运动都会停止。合肥这个实验中达到的温度则位于这一温标的另一端，大约相当于一个中等规模的热核爆炸所能达到的温度。该实验的目标是创造接近太阳深处的核聚变环境。过去10年中，至少有一项实验声称达到了比合肥实验更高的温度。但那项实验从未得到成功复制，其持续时间也不能同中国的实验相比。中国实验中的高温持续超过一分半钟。同时，日本和欧洲的物理学家已成功达到中国团队达到的温度，但他们制造的高温无法持续超过一分钟，因为他们担心会导致反应堆熔毁。EAST是由前苏联科学家发明的，目的是控制核聚变用于发电。由于产生的温度极高，出于安全考虑，EAST利用强大的磁场让等离子体保持圆环状——想象一下一个不断旋转的巨大甜甜圈。原子在超导磁体的作用下漂浮在适当位置。但控制处于如此灼热、如此不稳定状态下的氢气是一项严峻挑战。过去60年建造的大部分托卡马克装置都无法维持20秒以上。合肥物质科学研究院表示，合肥的科学家“夜以继日”地工作，从而使持续时间达到创纪录水平。这个团队宣称，他们已解决了很多科学和工程问题，例如设法捕捉高能粒子和从这个“甜甜圈”逃逸的热量。但他们说，他们依然没有实现让温度达到1亿开氏度（约合9999万摄氏度）并持续1000秒（约17分钟）以上的目标。他们还说，要建造一个具有商业可行性且能稳定运转几十年的发电厂，还要花很多年时间。【延伸阅读】港媒:中国拟建聚变裂变混合核反应堆 被称太超前参考消息网7月21日报道 港媒称，中国将在2030年前建设一座能在一个地方实现核聚变和裂变的混合反应堆。香港《南华早报》网站7月17日援引《科技日报》的报道说，该项目正在一个军事研究设施展开。最近，设在四川的中国工程物理研究院完成了相关概念设计。该院负责研制中国的核武器。报道称，中国并不是从事聚变-裂变混合反应堆研究的唯一国家。至少在近半个世纪前就有人提出了在同一个反应堆实现核聚变和裂变的想法。俄罗斯、欧洲国家、美国和日本一直在进行相关研究。报道称，裂变是将原子一分为二，聚变则是使原子二合一。目前，所有商用反应堆采用的都是核裂变方式。根据著名的爱因斯坦质能方程（E=MC2），这两个过程都能释放大量能量。但这两个方法都不完美。裂变会产生大量放射性废料，而聚变则需要大量能量才能进行并实现可控。根据最新报道，中国的混合反应堆与其他国家科学家提出的主流设计方案区别不大。报道称，聚变堆芯由60兆安超强电流提供动力。装有核燃料铀-238的裂变壳包裹在聚变堆芯周围。这种设计具有诸多优点。聚变产生的高速中子能使铀-238发生裂变反应，而由此产生的许多能量又可帮助维持聚变反应，从而大大减少外部能量输入量，实现核燃料的完全燃烧，避免产生放射性废料。混合反应堆项目副主管黄洪文表示，关键单元技术的实验研究平台将于2020年前后建成，2030年前后建成实验反应堆。研究团队表示，拟议中的混合反应堆的发电能力可达到现有裂变反应堆的3倍，而且比较安全，因为通过切断外部电源可以立即停止聚变和裂变反应，所以发生灾难的可能性较小。但有科学家警告说，这个时间表也许过于雄心勃勃。清华大学一名物理学家说：“建设可行的聚变反应堆还是一件遥遥无期的事情，更不要说混合反应堆了。”由于问题很敏感，这名物理学家不愿透露姓名。他说：“这就像在内燃机发明之前谈论混合动力车一样。如果我们能在50年后建成第一座聚变反应堆，那就算很幸运了。我认为在这之前没法建成混合反应堆。”报道称，其他一些人则对这项技术比较乐观。长期以来，现代聚变反应堆设计的“教父”叶夫根尼·韦利霍夫教授一直主张建设混合反应堆。报道称，2012年，他在法国参观国际热核实验反应堆项目时说，混合反应堆可能比较容易建造，部分原因是混合反应堆只需“纯聚变”反应堆外部能量输入量的五分之一就能维持运行。秦山二期核电站核反应堆厂房 新华社记者谭进摄【延伸阅读】日媒:中国瞄准月球核聚变原料 或掌握能源霸权日，月球上开展科学探测工作的嫦娥三号着陆器和巡视器进行互成像实验，“两器”顺利互拍，嫦娥三号任务取得圆满成功。这是北京飞控中心大屏幕上显示嫦娥三号着陆器上的相机拍摄的“玉兔”号月球车。新华社记者王建民摄参考消息网6月18日报道 外媒称，作为世界最大的能源消费国，中国正深刻意识到解决其能源困境的紧迫性。出于这个原因，中国瞄准月球投入大量资源开发最新和最难找到的非传统能源：核聚变。据日本外交学者网站6月16日报道，大多数关于核聚变的研究都重点将重氢或氚作为燃料用于产生核聚变。重氢大量存在于地球上的各种水中，而氚并不存在于自然界中，只能通过中子轰击锂产生。但元素周期表中的另一种同位素可以大量产生核聚变：那就是氦-3。氦-3是氦的同位素，很轻。利用氦-3的核聚变反应堆可以产生高效的核电，不会产生废物，其放射性也可忽略不计。但不幸的是，氦-3在地球上几乎不存在。但氦-3确实存在于月球。由于缺少大气，数十亿年来，月球一直受到携带氦-3的太阳风冲击。结果，月球表面的尘埃里充满了这种气体。据计算，从月球表面到内部数米深的地方，有大约110万吨氦-3。报道称，以目前的能源消费速度，大约40吨氦-3就可提供美国一年的用电量。鉴于一吨氦-3预计可能产生的能量，利用氦-3作为燃料的核聚变可大大降低世界对化石燃料的依赖，大幅提高人类生产力。但是人类需要先返回月球才能向地球提供几个世纪的聚变电。报道称，目前只有中国有这个想法，并且制订了嫦娥计划，打算在21世纪20年代初之前将宇航员送往月球。如果北京在第二次“月球竞赛”中胜出，建立一个可持续的人类前哨，从事氦-3的开采行动，那么它就会像过去的东印度公司那样形成垄断，创造大量财富。至少可以说，其结果将意义重大。报道称，首先，中国在月球上开展氦-3开采行动将是一个维护自身利益的壮举。其次，由于地球上的化石燃料不可避免会耗尽，中国将逐步建立一个氦-3帝国，从而控制这种月球气体的供应。中国掌握能源霸权的前景可能会导致无所不在的地缘政治影响，引发地缘政治紧张关系和反华联盟的合并，推动其他国家（尤其是美国）加速前往月球的行动以打破中国的垄断。报道称，这种情况并非不可避免。相反，月球探索和资源开发可以最终鼓励国际合作。如果从事航天活动的国家能看到一个共同的命运，建立一个联合开发月球氦-3的国际制度是可行的。（ 08:07:28）中国“人造太阳”获重大进展 持续时间达102秒
记者3日从中科院合肥物质科学研究院获悉，&人造太阳&EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电，标志着中国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。 中国的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST和中国、、等七方共同启动的国际热核聚 变实验堆ITER都是旨在创造一个&太阳&，给人类带来源源不断的清洁能源，因此也俗称&人造太阳&。
超高温长脉冲等离子体放电是未来聚变堆的基本运行模式。目前，国际上只有和科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体。EAST既定科学目标是实现1亿度1000秒的等离子体放电，但实现该目标仍面临着众多科学和技术方面的挑战。
此次科研人员通过实验，使得EAST成功实现电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这也是目前国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。
EAST已成为国际上稳态磁约束聚变研究的重要实验平台，其研究成果将为未来国际热核聚变实验堆ITER实现稳态高约束放电提供科学和工程实验支持，并将继续为中国下一代聚变装置前期预研奠定重要的科学基础。
责编：陶文冬
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“人造太阳”掀起绿色能源革命 温度升高到1亿度
位于安徽合肥的“人造太阳”装置
位于安徽合肥的“人造太阳”装置
近日，由中国科学院等离子体物理研究所自主研制的全超导托卡马克实验装置（俗称“人造太阳”）正在接受技术升级。它是目前世界上唯一能达到持续400秒、中心温度大于2000万摄氏度实验环境的全超导托卡马克核聚变实验装置。正在进行的升级计划达到“人造太阳”中心温度1亿摄氏度、延续时长1000秒的科学目标，以解决上亿摄氏度高温等离子体连续运行的世界难题，为中国参与的国际合作项目——国际热核聚变实验堆的400秒长脉冲实验奠定了基础。
人造太阳是个啥？
国际热核实验反应堆(ITER)计划也被称为“人造太阳”计划，由欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度等7方共同参与，其目的是借助氢同位素在高温下发生核聚变来获取丰富的能源。其原理类似太阳发光发热，即在上亿摄氏度的超高温条件下，利用氘、氚的聚变反应释放出核能。核聚变燃料氘和氚可以从海水中提取，核聚变反应不产生温室气体及核废料。由于原料取之不尽，不会危害环境，这一计划被寄希望解决未来的能源问题。
制造一个装置，通过受控热核聚变反应获得无穷尽的新能源。这就相当于人类为自己制造一个或数个小太阳，源源不断从核聚变中得到能量。
1939年，美国物理学家贝特证实，一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现，揭示了太阳燃烧的奥秘。
ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的“超导托卡马克”。作为聚变能实验堆，ITER计划把上亿摄氏度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的磁场中，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒。
20世纪50年代初，苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇按照这样的思路，不断进行研究和改进，于1954年建成了第一个磁约束装置。他将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克(tokamak)。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈，可用来约束电离了的等离子体。
托卡马克中等离子体的束缚是靠纵场(环向场)线圈，产生环向磁场，约束等离子体，极向场控制等离子体的位置和形状，中心螺管也产生垂直场，形成环向高电压，激发等离子体，同时加热等离子体，也起到控制等离子体的作用。
为了维持强大的约束磁场，电流的强度非常大，时间长了，线圈就要发热。为了解决这个问题，人们把最新的超导技术引入到托卡马克装置中，目前，法国、日本、俄罗斯和中国共有4个超导的托卡马克装置在运行，它们都只有纵向场线圈采用超导技术，属于部分超导。其中法国的超导托卡马克Tore-Supra体积较大，它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置，在放电时间长达120秒的条件下，等离子体温度为2000万摄氏度，中心粒子密度每立方米1.5×1019个。
东方超环再升级
几十年来，人们一直在研究和改进磁场的形态和性质，以达到长时间的等离子体的稳定约束，还要解决等离子体的加热方法和手段，以达到聚变所要求的温度。
把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度，并至少持续1000秒，才能形成持续反应，让核聚变为人类所用。东方超环（EAST）寄托着中国科学家的期望。
报道称，东方超环的主机部分，高11米，直径8米，重400吨，作为世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置，集中了超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空5个极限。从设计到建设，整个项目的自研率在90%以上，取得了68项具有自主知识产权的技术和成果。目前，中国在ITER七方采购包进度中已成为第一位。
EAST国际顾问委员会不久前在合肥召开第五次会议称，EAST是目前国际上唯一有演示未来ITER将会遇到关键物理和技术问题的装置，毫无疑问这对于ITER及未来的聚变电站都具有重要借鉴意义。例如，EAST在国际上首次采用高温超导电流引线，而中国这一技术成功应用于ITER，可为ITER节省人民币1000万元/年的制冷电耗，并可减少1.5亿元人民币的低温系统建设投资。
正在接受升级的中国“人造太阳”，为新一轮的物理实验作准备，与此同时，日前，超级计算机“π”系统在上海交通大学上线运行，将支持“人造太阳”的惯性约束核聚变项目等高端科研工程。
据了解，“π”系统峰值性能达到263万亿次，位列最新全球TOP500榜单第158名，将成为“IFSA惯性约束聚变科学与应用协同创新中心”的超算核心支持平台。
上海交大激光等离子体教育部重点实验室特别研究员陈民介绍说，人类对于可受控核聚变的研究离不开超级计算机技术。惯性约束聚变反应过程中的压力相当于1万亿个标准大气压，氘和氚会被压缩到仅有同质量液体体积的千分之一，反应时间最多只有100亿分之一秒。现有实验探测手段很难深入到聚变燃料内部进行测量，只能利用超级计算机模拟，研究其中的物理细节。更高性能的超级计算机的出现，将大大增加理论模拟的能力，加快研究进程，让人们早日实现可受控的人造小太阳。
利用可控聚变能是解决全球能源和环境问题的一个重要途径，而实现聚变反应堆商业化运行需要3个阶段：建造ITER装置并据此进行科学和工程研究；设计、建造与运行聚变示范电站；建造商业化聚变反应堆。
ITER本身将不能被用来发电，发电重任将交给聚变示范电站。但迄今为止尚没有一座反应堆能够产生净能量增益（即产出能量大于输入能量），科学家期望ITER能够突破上述障碍。
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资料图片：中国“实验型先进超导托卡马克”反应堆。（图片来源于网络）
　　参考消息网2月7日报道 香港《南华早报》网站2月5日发表了题为《中国科学家向制造“人造太阳”迈进》的报道，编译如下：
　　在中国东部一个甜甜圈形状的房间里，科学家们已经能利用核聚变制造灼热的氢气，这些氢气的温度是太阳中心温度的3倍多，而且科学家们能让这一温度维持102秒。
　　研究人员说，全球竞相利用一种新型的、人造太阳能来获取无尽的清洁能源，这一突破让中国在这场竞赛中抢得先机。随着地球的天然能源储备迅速耗尽，获取无穷无尽的清洁能源已经变成一个迫切需要解决的问题。
　　中国科学院合肥物质科学研究院周三在其网站上说，上周在该研究院的一个磁约束聚变反应堆上进行了这个实验。
　　这个反应堆的正式名称是“实验型先进超导托卡马克”（EAST）。它能将一种氢气——被称为等离子体的一种灼热的离子化气体——加热到大约5000万开氏度（约合4999.9万摄氏度）。太阳中心的温度大约为1500万开氏度。
　　根据这一热力学温标，绝对零度为零开氏度（相当于零下273.15摄氏度）。在这个温度，所有分子运动都会停止。
　　合肥这个实验中达到的温度则位于这一温标的另一端，大约相当于一个中等规模的热核爆炸所能达到的温度。该实验的目标是创造接近太阳深处的核聚变环境。
　　过去10年中，至少有一项实验声称达到了比合肥实验更高的温度。但那项实验从未得到成功复制，其持续时间也不能同中国的实验相比。中国实验中的高温持续超过一分半钟。
　　同时，日本和欧洲的物理学家已成功达到中国团队达到的温度，但他们制造的高温无法持续超过一分钟，因为他们担心会导致反应堆熔毁。
　　EAST是由前苏联科学家发明的，目的是控制核聚变用于发电。
　　由于产生的温度极高，出于安全考虑，EAST利用强大的磁场让等离子体保持圆环状——想象一下一个不断旋转的巨大甜甜圈。原子在超导磁体的作用下漂浮在适当位置。
　　但控制处于如此灼热、如此不稳定状态下的氢气是一项严峻挑战。过去60年建造的大部分托卡马克装置都无法维持20秒以上。
　　合肥物质科学研究院表示，合肥的科学家“夜以继日”地工作，从而使持续时间达到创纪录水平。
　　这个团队宣称，他们已解决了很多科学和工程问题，例如设法捕捉高能粒子和从这个“甜甜圈”逃逸的热量。
　　但他们说，他们依然没有实现让温度达到1亿开氏度（约合9999万摄氏度）并持续1000秒（约17分钟）以上的目标。他们还说，要建造一个具有商业可行性且能稳定运转几十年的发电厂，还要花很多年时间。
责任编辑：陈琰 SN225
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