新智元報(bào)道

　　來(lái)源：EurekAlert、BBC 等

　　編輯：小勻

　　【新智元導(dǎo)讀】7 月 28 日，由美國(guó)、俄羅斯、歐盟（包括英國(guó)與瑞士）、中國(guó)、印度、日本、韓國(guó) 35 個(gè)國(guó)家合作的 ITER 項(xiàng)目正式進(jìn)入了為期 5 年的組裝階段。ITER 是目前世界上最大的核聚變項(xiàng)目，被媒體稱(chēng)為人造太陽(yáng)。

　　核聚變伴隨著巨大的能量釋放，而且能提供清潔、可靠、無(wú)碳排放的能源。人類(lèi)早在上世紀(jì) 50 年代就將其應(yīng)用于氫彈。然而，與太陽(yáng)相比，氫彈卻是「潘多拉的魔盒」，一旦打開(kāi)，就會(huì)將地球置于危險(xiǎn)的境地。

　　所以，如何有效控制核聚變，讓其造福人類(lèi)，是各國(guó)科學(xué)家們一直尋求的方案。

　　小小的核，巨大的威力

　　在了解核聚變前，我們需要理清粒子之間的關(guān)系。

　　中子+質(zhì)子=原子核

　　原子核+電子=原子

　　電子帶負(fù)電，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。因此，原子核是帶正電的。

　　核聚變，就是指兩個(gè)較輕的原子核結(jié)合，形成一個(gè)較重的核和一個(gè)極輕的核。

　　光和熱來(lái)自于太陽(yáng)的核聚變。在太陽(yáng)的核心處，氫原子核碰撞，融合成更重的氦原子，并釋放出大量能量。

　　這是太陽(yáng)與其他恒星的能量來(lái)源，也是維持地球生命的能量來(lái)源。

　　20 世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，最有效的聚變反應(yīng)是氘(D)和氚(T)之間的反應(yīng)。它們分別是氫(H)的兩種同位素。DT 反應(yīng)能在所謂“最低的溫度”下產(chǎn)生最高的能量增益。

　　如果要進(jìn)行核聚變反應(yīng)，首先就必須提高物質(zhì)的溫度，使原子核和電子分開(kāi)，處于這種狀態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為“等離子體”。

　　但是，都帶正電的原子核們會(huì)互相排斥，所以很難接近彼此。所以，想要發(fā)生核聚變，必須保證等離子體的溫度(增加發(fā)生碰撞的可能性)、密度和封閉時(shí)間（等離子體很快就會(huì)飛散開(kāi)來(lái)，所以必須先將其封閉）。

　　在太陽(yáng)里，這些情況都很好滿足。那么，在實(shí)驗(yàn)室中，該怎么辦呢？這就是托卡馬克（Tokamak）的厲害之處了。

　　太陽(yáng)能做到的，托卡馬克也能

　　太陽(yáng)利用巨大的引力使等離子體封閉，但在地球上則必須采取別的方法——磁場(chǎng)便是其中一種。當(dāng)?shù)入x子體帶電時(shí)，電荷被卷在磁力線上，因此只要制造出磁場(chǎng)，就能夠?qū)⒌入x子體封閉，使它們懸浮在真空中。

　　上世紀(jì) 50 年代，蘇聯(lián)首次提出托卡馬克的概念——磁約束聚變以來(lái)，這一直是個(gè)廣泛的國(guó)際合作領(lǐng)域。

　　近幾個(gè)月來(lái)，為機(jī)器組裝做準(zhǔn)備，巨大的同類(lèi)零件開(kāi)始運(yùn)抵法國(guó)-在許多情況下，每個(gè)零件重達(dá)數(shù)百?lài)崳L(zhǎng)度超過(guò) 15 米。這些零件是世界各地工廠，大學(xué)和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室超過(guò) 5 年的制造的結(jié)晶。

　　雖然，世界上已有數(shù)百個(gè)托卡馬克被建造出來(lái)了，但 ITER 將實(shí)現(xiàn)的，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)自加熱等離子體。

　　要加多熱？1.5 億℃。

　　怎么加熱？

　　氘和氚被注入托卡馬克。所謂電能生磁。通電時(shí)，托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，加熱直到它們變成等離子體。當(dāng)?shù)入x子體達(dá)到 1.5 億攝氏度時(shí)，即發(fā)生聚變。

　　原子聚變產(chǎn)生的能量以熱的形式被容器壁吸收。就像傳統(tǒng)的發(fā)電廠一樣，聚變發(fā)電廠將利用這些熱量產(chǎn)生蒸汽，然后通過(guò)渦輪和發(fā)電機(jī)發(fā)電。

　　35 國(guó)合作研制，中國(guó)參與了什么？

　　法國(guó)總統(tǒng)埃馬紐埃爾·馬克龍和來(lái)自歐盟、中國(guó)、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)人宣布一個(gè)新的能源時(shí)代的開(kāi)始，世界上最大的核聚變裝置在法國(guó)南部 ITER 的組裝正式開(kāi)始。

　　在 ITER 的官網(wǎng)上，我們能夠清晰地看到各國(guó)的分工。

　　在所有組件中，中國(guó)參與到環(huán)向場(chǎng)線圈（左上）、極向場(chǎng)線圈（左下）。

　　圖為中國(guó)首批環(huán)向場(chǎng)線圈支撐啟運(yùn)

　　正是由于融合的巨大希望，ITER 項(xiàng)目才誕生：35 個(gè)伙伴國(guó)家是歐盟（加上英國(guó)和瑞士），中國(guó)，印度，日本，韓國(guó)，俄羅斯和美國(guó)。

　　這些國(guó)家/地區(qū)占世界人口的 50％ 以上，占全球國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 80％ 以上，已匯集了豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和資源，以制造出首個(gè)工業(yè)規(guī)模的研究融合設(shè)備。

　　法國(guó)是東道國(guó)。與英國(guó)和瑞士組成的歐盟是東道國(guó)，提供 ITER 費(fèi)用的 45％。美國(guó)，中國(guó)，日本，俄羅斯，印度和韓國(guó)的其他每個(gè)成員國(guó)出資9％。

　　ITER 托卡馬克能提供多少能量?

　　核聚變的燃料存在于海水和鋰中。它足夠豐富，可以供給人類(lèi)數(shù)百萬(wàn)年。一個(gè)菠蘿大小的燃料相當(dāng)于一萬(wàn)噸煤。

　　ITER 的工廠將產(chǎn)生大約 500 兆瓦的熱能。如果持續(xù)運(yùn)行并與電網(wǎng)相連，這將轉(zhuǎn)化為大約 200 兆瓦的電力，足以供應(yīng)大約 20 萬(wàn)個(gè)家庭。

　　碳排放量的 70％ 以上來(lái)自能源使用。超過(guò) 80％ 的能源消耗來(lái)自化石燃料。核聚變發(fā)電卻是是無(wú)碳的。它們不釋放 CO2。

　　法國(guó)總統(tǒng)馬克龍說(shuō)：「這顯然是對(duì)未來(lái)的一種信心。歷史上最偉大的進(jìn)步總是源于大膽的賭注，艱難的旅程?！?/p>

　　ITER 計(jì)劃用 4.5 年組裝完成，2025 年進(jìn)行第一次使用。

　　參考鏈接：

　　https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E8%81%9A%E5%8F%98

　　https://www.iter.org/proj/inafewlines

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak

　　http://indico.ictp.it/event/7642/session/23/contribution/105/material/slides/0.pdf

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak#ITER

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的35国，14年，世界最大科学项目，「人造太阳」即将诞生！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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