良性競爭向來(lái)是推動(dòng)前進(jìn)的動(dòng)力。中國EAST托克馬克和德國7-X仿星雖然不完全像綠茵場(chǎng)上的梅西對陣C羅，但是這一對的競爭將來(lái)有一天點(diǎn)亮的不光是一顆科技樹(shù)，還有可能是全世界能源。仿星7-X在上上星期成功點(diǎn)火四分之一秒，便上了全世界的頭條，現在中國物理科學(xué)院的科學(xué)家們便施展拳腳，把自己的托克馬克堅持了前無(wú)古人的102秒。
幾十年來(lái)，類(lèi)似中國EAST托克馬克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)的試驗反應堆一直在追求低廉搞笑的能量產(chǎn)出。在這些甜甜圈形狀的艙室里，氫氣被加溫至可以匹敵太陽(yáng)內核的溫度，用強大的磁場(chǎng)來(lái)限制產(chǎn)生的等離子體。如果能隨心所欲地把等離子氣體限制在一個(gè)區域，核聚變就能在可控的環(huán)境下為人類(lèi)提供用之不竭的能源。
在這次中國物理科學(xué)院的試驗中，等離子體加溫至5000萬(wàn)開(kāi)氏度(三倍于太陽(yáng)內核溫度)，并且保持了102秒。托克馬克或者仿星7-x的原理，說(shuō)到底就是模仿恒星內部的環(huán)境，讓氫原子核互相撞擊和融合在一起成為氦原子。聚變之后，兩個(gè)高能量的原子核為了保證新生原子的穩定，會(huì )釋放出一部分自帶的能量來(lái)達到一個(gè)低能量態(tài)(編者注：“早晨起來(lái)爬山坡，爬到山坡想唱歌，歌聲唱給妹妹聽(tīng)，聽(tīng)完歌聲滾下坡”基本描述了這個(gè)過(guò)程)。這部分釋放的能量，單位反應質(zhì)量遠遠比裂變釋放的能量大。而且由于聚變的條件苛刻，任何的反應堆問(wèn)題都會(huì )導致聚變的停止，所以相比起時(shí)時(shí)暴走的裂變堆，聚變堆的安全性是可控的。EAST托克馬克的目標是維持1億開(kāi)氏度的環(huán)境1000秒。只有這樣持續的可控聚變才有條件。
圖1. 中國的EAST托克馬克內部
其實(shí)撥開(kāi)EAST團隊悶聲發(fā)大財的習慣，中國的托克馬克在仿星7-X開(kāi)始建設之前就超過(guò)的其四分之一秒的成績(jì)。2013年，EAST團隊在報告中說(shuō)明了持續30秒的細節。這份報告中，科學(xué)家們說(shuō)由于使用了新型磁場(chǎng)線(xiàn)圈和內部涂層，等離子體能很好地在艙室的中間維持，而不會(huì )很快飄向艙壁從而瓦解。與此同時(shí)，完全不同于托克馬克的新設計，即“仿星 ”反應堆被驗證可以以全新的方式穩定等離子體。使用這種設計的仿星7-x，用扭曲的內倉和磁場(chǎng)線(xiàn)圈來(lái)推動(dòng)等離子體。非平直的磁場(chǎng)可以在環(huán)形中施與離子平穩的作用力，將其穩定在艙室中間。
圖2. 科學(xué)家們在EAST托克馬克中把5000萬(wàn)開(kāi)氏度的等離子體維持了102秒。圖為101.9秒的艙內情況
仿星7-x使用了50條超導線(xiàn)圈來(lái)產(chǎn)生和調控磁場(chǎng)。相比原始版托克馬克，7-x的設計不僅僅是提供短促的等離子體環(huán)境。上周初次點(diǎn)火時(shí)，超過(guò)2兆瓦的微波脈沖將氫氣提升到8000萬(wàn)開(kāi)氏度。雖然仿星7-x初次點(diǎn)火只有四分之一秒，但是是核聚變的新開(kāi)端。仿星團隊的目標是在四年內逐步提升到30分鐘。
雖然EAST托克馬克和仿星7-x打得你來(lái)我往，風(fēng)生水起，各自引領(lǐng)聚變界的先鋒，但只用點(diǎn)火時(shí)間長(cháng)短來(lái)衡量各自的成績(jì)顯然不公平。澳大利亞等離子研究中心資深工程師馬修?霍爾說(shuō)，衡量?jì)煞降某删?，有很多因素要考慮在內：“就兩者的自身進(jìn)步來(lái)講，雙方都創(chuàng )造了歷史，但是兩個(gè)的設計考慮和磁場(chǎng)約束方式都不同，一個(gè)用了扭曲磁場(chǎng)，一個(gè)用直通甜甜圈設計。雖然兩者設計和參考方式不一樣，但是衡量指標，比如點(diǎn)火時(shí)長(cháng)，溫度，壓力，密度和約束能力，都是一樣的。下一步引領(lǐng)核聚變的，該是ITER了?！?/p>
ITER，國際熱核試驗反應堆(International Thermonuclear Experimental Reactor)，建成后將會(huì )是世界上最大的托克馬克設計。集合35個(gè)國家的科研力量，ITER將會(huì )在2027年初次點(diǎn)火，并且有望成為第一個(gè)能產(chǎn)生能量輸出的熱核聚變反應堆。
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