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在人类科技的加持之下,媒体一再渲染国际能源市场将处于“供大于求”或者“产能过剩”的状态。但实际上,在这长达两年的疫情期间,天然气、动力煤的价格创下历史新高,石油价格创下了疫情爆发后新高,市场价格的不断变化的夸张程度简直令人瞠目结舌。
能源市场不断涨价,导致全球多国电价持续上涨,毫不夸张地说,欧洲人快要用不起电,这绝非危言耸听,虽然欧洲属于发达国家的居多,可欧洲的冬天也比全球的其他地方更冷。
实际上,从欧美到印度、巴西、嫩巴黎等地区也是如此,一场全球性的能源危机似乎早已成为现状。而这也让“寻找科学可持续发展的新能源”不再只是一句口感,不少科技大国已经展开行动,其中便包括人造太阳。那么:
什么是人造太阳呢?
人造太阳所产生的能源对人类有何帮助?
中国人造太阳取得哪些技术突破?
什么是人造太阳?
“人造太阳”一般是指“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”。ITER装置是能够产生大规模核聚变反应的“超导托卡马克”,也就是人们经常说的“人造太阳”,是由美国、欧盟、俄罗斯、中国、韩国、日本、印度所共同合作的项目,中国负责国际热核聚变实验堆中一些项目。这个相关领域在1998年便已经开始,并且在那时就已经耗资50亿美元,中国也参与其中。它是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,预计它的建设时间需要10年。
“人造太阳”工程的初衷是为了解决地球能源不足的问题,太阳内部产生的核聚变所产生的巨大能量,人类如果可以通过科学手段进行效仿并且能够做到同样的效果,那么人类不仅仅能够得到让地球上万物成长所需的阳光,更是能够得到无限洁净的能源,让人类摆脱对地球矿产资源的依赖,同时也能缓解不可再生资源储存量和有限的使用年限所带来的压力。就拿煤矿来说,目前探测可使用的储存量大概只有200年或更短,毕竟全球对于能源的使用日益增加。
“人造太阳”产生能量的原理,是利用太阳发光发热的原理,需要在上亿摄氏度的环境中,利用氢和氢的同位素聚变之后释放核能。由于核聚变的燃料“氢”可以从海水中提取,每升海水当中含30毫克的氢,所以人类几乎可以不用担心“人造太阳”中的燃料会用完,毕竟地球球上超过70%的面积是被海洋所覆盖,海水可以说是取之不竭用之不尽。而这也是“人造太阳”计划一提出来之后便引起了国际上高度关注。
人造太阳对未来有何帮助?
而人类未来如果实现了“人造太阳”,中科院等离子体物理研究所王腾博士表示将能够给人类带来三方面的帮助。
首先,地球上能源越来越稀少的问题可以迎刃而解。我们都知道,如今在地球上作用最广的当属地球上的化石能源,比如煤矿、石油等资源;而这些资源不仅属于不可再生资源,而且在人类社会的消耗不断加速。
这一方面是世界有些庞大的人口体系,另一方面则是国际社会经济、军事、航天等行业的发展皆是消耗能量的巨头。人类从最近几十年来便已经清醒地意识到地球上那些不可再生资源不断减少的危机感,不可再生能源终究不是人类可以长期繁荣发展的能源,这是来自于不可再生资源自身储存量的局限性.
更何况能够检测到的化石资源却并不一定能够被人类所开采和利用,比如在地壳层的石油资源。而“人造太阳”不仅能够获得大量洁净的能源,并且由于可以从海水中获取燃料,能够大大降低能源的价格。
其次,由于“人造太阳”通过核聚变获得能源,而在核聚变的过程中,产物是氦和中子,并不会排放有害气体,也不会排放引起温室效应的气体,而这也是“人造太阳”所产生的能源被称之为“洁净能源”的道理所在。而以往因为传统化石燃料而产生的各种有害气体和温室气体,对地球所带来的温室效应、雾霾、酸雨等现象,都将在“人造太阳”所制造的洁净能源而减少乃至消失,那时候人类赖以生存的家园环境也将变得更好。
第三,那便是能够减少各国之间因能源掠夺而引起的争端或战争;因为“人造太阳”通过核聚变获得能源的过程中,燃料“氢”可以从海水中获得,而以海水在地球上的总量和分布,各国之间无需再靠你争我夺,毕竟海水可以说是“取之不尽用之不竭”般的存在。
除了能够在以上这些方面给人类带来帮助,同时还能够促进其他本来棘手的工程也得以解决,比如在“人造太阳”所产出的低廉能源之后,以往因为耗能太大而不得不放弃的海水淡化、星际航天等工程,都可以迎刃而解。过去很多因为能源限制而不得不搁浅的项目,可以可以重新启动,甚至还可以大规模开展,进而给人类生产生活带来巨大进步和利益,就比如海水淡化工程,便能够解决人类淡水资源匮乏的难题。
中国“人造太阳”取得哪些技术突破?
除了与美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本、印度等国家共同参与“人造卫星”的工程之外,我国国内也有相关的“人造太阳”项目在进行着,中国早在2013年1月份的时候,中科院合肥物质研究院宣布,我国“人造太阳”实验装置辅助加热工程中的“中性束注入体系”在综合测试平台上,首次成功突破100秒长脉冲氢中性束引出。
而比前面这个好消息更加振奋人心的是,在2020年12月4日,中国新一代“人造太阳”装置(中国环流器二号M装置)不仅在成都落成,并且还实在了首次放电。
值得一提的是,我国“人造太阳”在2021年成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,而这样的成绩,无疑是创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录,直接打破了法国在2003年所创下的世界纪录。简单来说,我国的“人造太阳”当前的技术在全世界排名第一位。
这不仅仅意味着我国在“人造太阳”这个项目上取得重大突破,同时也标志着我国对于核聚变的研究,也获得重大突破。而中国所取得的成绩,这也为人类在未来获得可控的核聚变能源,奠定了扎实的基础,这其中包括物理基础,也包括商用基础。中国这一巨大的成就,让人类几乎能够伸手触碰到无限清洁能源的梦想。
在能够利用“人造太阳”获得洁净能源的这条道路上,中国“打铁趁热”推进该工程的进度,我国专家表示,将在2030年或更早,中国计划将会不断推进“新的核聚变炉”的开发,目前国际上侧重的是通过“磁约束”来约束聚变物质的方法,而中国在接下来将会实施“惯性约束”的方式来实验,并且也会进一步推进完成其他托卡马克型核聚变炉等。
那么,为何说“核聚变”先一步取得的突破意味着能够率先掌握未来能源的命脉呢?那是因为核聚变的能源,或将成为人类的终极能源。要知道,每一升海水中的氢产生的核聚变,就能够产出相当于300升汽油燃烧之后所释放的能量;
并且,核聚变的过程不会产生有害气体或者温室气体。简单来说,核聚变所产生的资源,具有安全、洁净、高效以及原材料丰富的特点,可以满足人类在未来的能源需求,所以说是是人类理想的终极能源并不夸张。那么,哪一个国家能够率先掌握核聚变的技术,确实意味着可以掌握未来能源的命脉。
我们都知道,太阳中心的氢可以在1500万度的高温,和2000亿个大气压的高压环境当中所产生的聚变成氦,如今人类想要达到这样的环境几乎是不可能达到,毕竟不管是地球上天然的环境中不具备如此高温高压的环境,而人类通过科学手段也无法达到这样的环境,因为在地球上产生核聚变本来就不可能发生。
而今人类科学水平虽然还难以模拟与太阳核聚变一样的高温高压环境,但却也取得了突破,让原本在地球上无法发生的核聚变,成功地发生了,并且能够持续一定的时间。凭着这一点,就能够让人类看到未来通过“人造太阳”获得洁净、可持续繁荣发展的能源。