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我国“人造太阳”实验装置升级
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世界上第一台全超导核聚变托卡马克装置的最后一个外包组件外真空杜瓦日前运抵安徽合肥并通过了专家验收，记者日前从中科院等离子体物理研究所了解到，这意味着历时４年的我国新一代“人造太阳”实验装置—EAST建设已进入总装冲刺阶段，明年将如期完工。
石油、煤等资源的广泛使用会对环境造成巨大污染，而大规模利用水能又有可能存在生态隐患，人们对在未来模拟太阳、利用热核聚变为人类提供无限的清洁能源寄予了极大的期望。专家指出，现有地球海水中富含的氘如果全部用作热核聚变的燃料，能释放出足够人类使用百亿年的能量，并且其反应生成物是无放射性污染的氦。因此，如果能在地球上实现对核聚变的控制，让核聚变能源持续有效的为我们所使用，就相当于人类有了第二个太阳一般。于是，家形象地将这种能持续稳定输出聚变能的装置比喻为“人造太阳”。
热核聚变需要在上亿度的高温下才能产生，但目前在地球上只有在原子弹爆炸时才能产生这样的高温。科学家们发明了一种被称为“托卡马克”的“人造太阳”实验装置，期望利用巨大的环行超导磁场对等离子体进行加热、约束，在不产生巨大破坏的状况下创造热核聚变产生的物理条件。
为了探索和平使用热核聚变能源的方式，我国从１９９０年开始兴建托卡马克实验装置。历时３年建成的国内第一台超导托卡马克装置—HT-７，使我国成为继俄、法、日之后第４个拥有同类实验装置的国家。经过１０年探索，HT-７已经能使实验中最高电子温度超过５０００万度，并获得可重复的大于６０秒的放电，每轮实验均由来自多个国家的数十位科学家共同参与，获得众多参数位于世界前列。
现已进入总装冲刺阶段的EAST是我国从２０００年开始建设的新一代可控核聚变研究装置，作为国家“九五”期间立项的六大科学工程之一，其总投资额近两亿元，明年建成后将是世界上第一台非圆截面和全超导托卡马克。作为HT-7的升级装置，EAST的规模、性能都远超出它的前辈。由于采用了先进的非圆截面和全超导技术，新一代“人造太阳”实验装置建成后能使等离子稳定运行的时间达到１６分钟以上，获得１亿度以上的高温，远远超出现有最先进的托卡马克装置，在未来核聚变反应堆的工程技术和物理基础研究方面将有重大意义。
据专家介绍，按照我国和国际在热核聚变方面的研究进展推测，“人造太阳”提供的能源有望在本世纪中叶投入商业化运营。（完）
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合肥“科学岛”上的超导托卡马克核聚变装置。
罗家融在EAST实验装置前。
一个旨在最终解决人类能源问题的宏大计划正在推进当中，中国在其间已经担当重要角色。
这一计划的正式名称是国际热核聚变实验堆项目（简称“ITER”），俗称“人造太阳”计划。基于核聚变反应堆的聚变电站是解决人类未来能源问题的一个希望。
科学家设想，核聚变产生的能源能够走入寻常百姓家，人类一开灯，就是核聚变产生的电力。
中国在这一研究领域已经进入了国际先进水平。1月13日，胡锦涛总书记来到位于安徽合肥的中国科学院等离子体物理研究所，详细了解这里的超导托卡马克核聚变实验装置的有关科技问题。
“人造太阳”计划离真正的商业运行有多远？在能源危机日趋严重的今天，核聚变研究对于终极解决人类能源问题有何意义？近日，本报记者来到合肥“科学岛”进行采访。
文/图 本报特派记者 曾向荣
近日，ITER项目即将在法国动工的消息，让“人造太阳”计划进入公众视野。位于安徽省合肥市西部的“科学岛”，吸引了众多关注者的目光。
核聚变装置工作原理和太阳工作原理相似，能量能转化为电能
“科学岛”是中国核聚变研究的重要基地，世界上第一台全超导托卡马克核聚变（EAST）实验装置就是在这个岛上研制成功的。
一年多以前，中国科学院等离子体物理研究所历时8年研究开发的EAST实验装置首次成功试验。通过这一装置，科学家能够对受控核聚变开展探索性的实验研究，从而为未来稳定、安全、高效的商业核聚变堆提供物理和工程技术基础。
EAST超导托卡马克运行总负责人、东华大学教授罗家融解释说：“从能量概念的角度，这个装置被形象地称为人造太阳。太阳是一个巨大的发光体，同时释放出大量能量。核聚变装置就是要模仿太阳的环境，使之产生核聚变反应，产生中子，然后释放出能量。”
核聚变装置的工作原理和太阳有着异曲同工之妙。太阳巨大的能量来自核聚变反应。在太阳的中心，温度高达2000万摄氏度，在高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并释放出大量能量。
科学家发现，在人类比较了解的聚变反应中，氢的两种同位素氘和氚的聚变效率最高，氘和氚结合变成氦，同时能释放出巨大的能量。这些能量在转化后，可以成为电能等各种能量。这就是人造太阳的原理。
但“人造太阳”并非高高悬挂在空中，而且EAST实验装置与真正的人造太阳相差甚远。EAST实验装置的核心部件是一个高12米、重400多吨的落地圆柱体大容器，它被安置在一栋封闭的建筑物内。
建成花了3.2亿元，外围装备花了1.95亿元，每年需要3600万元运行费
1月17日，记者走进EAST实验大厅，工作人员正在忙碌着。几天前，胡锦涛总书记来到这里，详细了解超导托卡马克核聚变实验装置的科技问题。
记者在现场看到，“人造太阳”实验装置的核心部件是一个巨大的容器。在这个大容器的附近，放置着一些辅助设备。“几年后如果你再来，你会看到在核心部件的旁边，铺满了各种各样的外围设备。”罗家融说。
罗家融告诉记者，这个实验大厅于2001年开始建造，包括设备所在的大楼在内，共耗费了5年的建造时间。大楼的顶层和天花板都浇注了水泥，在顶层和天花板的水泥之间，灌注了1米深的水。“水是用来防范中子辐射的，它吸收中子辐射特别快。”罗家融解释说。而在大厅的下方，还有4米深的地下室。
解决能源危机
“人造太阳”一旦商用化，人类将不必再担心能源问题，但它不是永动机
“这是一个耗资巨大的项目，从申请到建成，花了3.2亿元人民币。后来又申请了1.95亿元做外围装备。此外，每年需要大约3600万元的运行费。它一运行，就要持续两个月。今年5月份开始，它要开始做实验。”罗家融告诉记者。
“人造太阳”项目一旦实现商用化，人类将不必再担心能源问题。在投入商业运行之后，只要往设备不断输入氘和氚，在里面发生聚变反应，它就能源源不断地释放出能量，而氘可以从空气中提取，氚可以从海水中提取，廉价而且数量丰富，可以给人类使用1亿年。因此，设备也就永远转下去。
罗家融告诉记者：“从这个意义上说，核聚变是解决人类能源问题最关键的最终的一步。关于这一点，没有哪个能源学家会反对。”
“但人造太阳是永动机的概念并不成立，因为需要注入氘和氚，氘和氚就是能量，而永动机是不需要能量给予的。”罗家融强调。
罗家融和他的同事们研制的EAST试验装置具有国际先进水平，是世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置，它的影响力已经辐射到了法国马赛市郊的卡达拉舍。
“人造太阳”的实验堆将耗资100亿欧元，中国承担占总投资9％的费用
卡达拉舍是ITER实验堆的建造地。2008年开始，ITER计划进入正式实施阶段，实验堆将在这里动工建造。ITER计划预计持续35年，前10年用于建设反应堆；后20年用于操作实验；最后5年是将实验的反应堆活化、拆除。在今后35年间，这个“人造太阳”的实验堆将耗资100亿欧元以上。中国最终承担占总投资9％的费用，约合100亿元人民币。
实际上，ITER计划也是迄今为止中国参与的最昂贵也最具挑战性的大科学工程国际合作项目，目前由欧盟、中国、日本、美国、俄罗斯、韩国、印度七方共同参与，利用磁约束等离子体进行受控聚变研究。
即将建造的ITER装置和EAST极为相似，好比是一个放大版。“和现在的EAST相比，ITER装置要大5倍。而预研堆比ITER装置还要大5倍。”罗家融告诉记者。在今后ITER建造的10年中，中国将支持在EAST装置上进行前期研究开发，为ITER装置的运行和开发做好相关准备。中国科研人员将根据“采购包”的要求，制造各类部件，运往卡达拉舍。
从实验堆到预研堆，需要二三十年，从预研堆到商业运行堆，需要四五十年
无论是EAST，还是即将动工的ITER装置，它们都只是实验堆，离真正的商业运行还很遥远。在投入商业运行之前，还需要经过实验堆、预研堆、商业堆三个阶段。每个阶段的研究，都将经过漫长的研究攻关。
在罗家融看来，从实验堆走向预研堆，面临两个重大课题：一是如何让高温持续地产生，二是第一壁材料的问题。“把温度加热，1秒钟没有问题，常规托卡马克可以到5秒、10秒，超导托卡马克可以到100秒、1000秒，问题就是，1000秒以后能否持续高温，需要连续的稳态的高温。还有就是壁的材料的承受能力，10秒钟没有问题，100秒、1000秒有没有问题，最后到连续运行，另外材料如何更换，损耗有多快。这将是两个非常重大的难题。”他说。
核聚变装置的真空室相当于一个装入高温等离子体的炉子，最受考验的是直接面向高温等离子体的内壁，即第一壁材料。氘氚聚变反应产生大量的高能中子、电磁辐射，它们和等离子体离子、快原子和其他从等离子体逃逸出的粒子（氘、氚和杂质）等等，强烈地作用于第一壁。到目前为止，人类还没有发明出工作环境这么复杂的材料。
罗家融估计，从实验堆到预研堆，大约需要二三十年的时间；从预研堆到商业运行堆，需要四五十年的时间。“我最乐观地估计，到实现真正的商业运行，至少要经过一个世纪的努力。”罗家融说。由于能源危机的加剧，有可能会把这一进程提前。
文章来源: 广州日报
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