據(jù)估算，太陽每秒鐘釋放的能量，可供全人類使用約70萬年。模擬太陽來產(chǎn)生無盡的清潔能源，也因此成為人類的“終極能源夢(mèng)想”。
實(shí)現(xiàn)“人造太陽”之夢(mèng)為什么難？當(dāng)前全球以及我國的研發(fā)“進(jìn)度條”走到了哪一步？在10月中旬于四川成都舉行的世界聚變能源集團(tuán)第2次部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議暨國際原子能機(jī)構(gòu)第30屆聚變能大會(huì)上，記者采訪到了最新消息。
人類構(gòu)想的最復(fù)雜能源系統(tǒng)之一
自然界中，核聚變并不是“陌生”的現(xiàn)象。太陽猶如一個(gè)巨大的熱核聚變反應(yīng)裝置，每時(shí)每刻都在進(jìn)行著聚變反應(yīng)——?dú)湓雍顺掷m(xù)碰撞聚變?yōu)楹ず瞬⑨尫懦鼍薮竽芰?，向地球輸送能源?/p>
然而，地球并沒有太陽那樣能夠維持核聚變的高溫高壓環(huán)境。造“太陽”的首要難題是創(chuàng)造出聚變所需的嚴(yán)苛環(huán)境。理論上，氘氚等離子體需加熱至超1億攝氏度，約為太陽核心溫度的6至7倍，才能克服原子核間的庫倫排斥力，使其發(fā)生持續(xù)聚變。
與會(huì)專家認(rèn)為，可控核聚變將等離子體物理、核工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域的難題集于一身，是迄今人類構(gòu)想的最復(fù)雜能源系統(tǒng)之一。
未來，一旦人類成功點(diǎn)燃可控聚變的“火炬”，其影響將遠(yuǎn)超技術(shù)突破本身，帶來全局性、系統(tǒng)性的深刻變革。作為理論上取之不盡、用之不竭的終極清潔能源，聚變能將從根本上破解人類對(duì)化石燃料的依賴；同時(shí)還將帶動(dòng)超導(dǎo)材料、人工智能控制等前沿領(lǐng)域集群發(fā)展。
全球聚變能研發(fā)已進(jìn)入新階段
記者從本次大會(huì)上了解到，全球聚變能研發(fā)目前已進(jìn)入多路徑并行、快速迭代的新階段。
主流技術(shù)路線可分為磁約束和慣性約束兩大類，其中磁約束通過強(qiáng)磁場(chǎng)將高溫等離子體穩(wěn)定約束在真空容器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)反應(yīng)，托卡馬克和仿星器是其主要裝置類型；慣性約束則利用高能激光或粒子束在極短時(shí)間內(nèi)壓縮并加熱燃料靶丸，使其達(dá)到聚變條件。
國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）是目前全球規(guī)模最大的聚變科研工程，承載著人類和平利用聚變能的美好愿望，由多國合作建設(shè)，項(xiàng)目2020年啟動(dòng)組裝，成功后將證明磁約束聚變科學(xué)與工程技術(shù)的可行性，為2040至2050年示范電站奠定基礎(chǔ)。
與會(huì)專家表示，當(dāng)前，世界上幾個(gè)大型托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置已可短暫實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)所需的嚴(yán)苛條件，但如何進(jìn)一步提高聚變功率增益、改善等離子體的約束性能和穩(wěn)定性，維持長(zhǎng)時(shí)間燃燒并獲得凈能量輸出，仍面臨巨大科學(xué)和工程考驗(yàn)。
中核集團(tuán)科技帶頭人黃梅介紹，中核集團(tuán)目前正在按照“實(shí)驗(yàn)堆—示范堆—商業(yè)堆”開展聚變堆的研發(fā)。預(yù)計(jì)在2027年左右開展燃燒等離子體實(shí)驗(yàn)，在相關(guān)技術(shù)成熟之后開始先導(dǎo)堆的建設(shè)，在這一階段演示聚變能輸出之后，再開始商業(yè)堆建設(shè)。
中國面向未來積極推進(jìn)國際合作
本次大會(huì)上，國際原子能機(jī)構(gòu)聚變能研究與培訓(xùn)協(xié)作中心落地成都，標(biāo)志著中國在聚變能源領(lǐng)域的國際地位與影響力實(shí)現(xiàn)顯著躍升。
中國是世界上少數(shù)幾個(gè)有完整核工業(yè)體系的國家之一，在可控核聚變領(lǐng)域已形成以國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施為引領(lǐng)、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的創(chuàng)新體系。
2025年，“中國環(huán)流三號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)原子核和電子溫度均突破1億攝氏度，標(biāo)志著中國可控核聚變技術(shù)取得重大進(jìn)展；
全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在安徽合肥創(chuàng)造新世界紀(jì)錄，首次完成1億攝氏度1000秒“高質(zhì)量燃燒”；
緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）主機(jī)首個(gè)關(guān)鍵部件——杜瓦底座成功落位安裝，標(biāo)志著項(xiàng)目主體工程建設(shè)步入新階段……
“中國將與國際原子能機(jī)構(gòu)、國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆組織及各國一道，不斷推進(jìn)全球能源創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生，為共建清潔、美麗、可持續(xù)的世界貢獻(xiàn)中國智慧、中國方案，讓聚變能更好造福人類?！眹以幽軝C(jī)構(gòu)主任單忠德說。
據(jù)新華社
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揭秘精確測(cè)量太陽磁場(chǎng)的望遠(yuǎn)鏡
在青海冷湖海拔4000米的賽什騰山上，一架特殊的望遠(yuǎn)鏡正靜靜觀測(cè)著太陽。它不像傳統(tǒng)天文望遠(yuǎn)鏡在夜間工作，而是在白天“直視”太陽，捕捉著一種肉眼看不見的光——中紅外光。
近日，國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“用于太陽磁場(chǎng)精確測(cè)量的中紅外觀測(cè)系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱AIMS望遠(yuǎn)鏡）通過結(jié)題驗(yàn)收，這架全球首臺(tái)中紅外波段太陽磁場(chǎng)專用觀測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了哪些突破？未來有何科學(xué)潛力與研究前景？
突破瓶頸：直接測(cè)量太陽磁場(chǎng)
太陽磁場(chǎng)與生活息息相關(guān)，強(qiáng)烈的太陽磁場(chǎng)活動(dòng)會(huì)引發(fā)太陽耀斑，影響地球的通信導(dǎo)航、電網(wǎng)安全。百年來，科學(xué)家們只能通過可見光波段“間接推算”太陽磁場(chǎng)。
AIMS技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員王東光比喻：“以前太陽磁場(chǎng)測(cè)量在可見光波段，需要分幾步才能得到，這個(gè)過程會(huì)帶來很大誤差；AIMS在中紅外波段觀測(cè)，可以通過傅立葉光譜儀的太陽光譜直接獲得。”
王東光介紹，通過12.3微米中紅外波段觀測(cè)，利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測(cè)量塞曼裂距，將磁場(chǎng)測(cè)量精度提升至優(yōu)于10高斯量級(jí)，解決了太陽磁場(chǎng)測(cè)量百年歷史中的瓶頸問題。此外，AIMS望遠(yuǎn)鏡的紅外光譜儀、成像終端及真空制冷系統(tǒng)等全部部件均為國產(chǎn)，體現(xiàn)了我國天文儀器的自主創(chuàng)新能力。
“這不僅是科研項(xiàng)目的成功，更是我國重大科研儀器研制能力的集中展示?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺(tái)高級(jí)工程師馮志偉介紹，試觀測(cè)期間，團(tuán)隊(duì)解決了雜散光干擾、探測(cè)器穩(wěn)定性等難題，為后續(xù)大型天文設(shè)備在高海拔地區(qū)的建設(shè)提供了重要參考。
高原堅(jiān)守：每個(gè)數(shù)據(jù)都來之不易
在海拔4000米的高原建設(shè)如此精密的光學(xué)設(shè)備，考驗(yàn)的不僅是科學(xué)智慧，更是工程毅力。
2018年的冬天，當(dāng)?shù)谝慌蒲腥藛T踏上賽什騰山時(shí)，這里還是一片荒原。沒有路，建塔材料全靠直升機(jī)吊運(yùn)；沒有住所，科研人員棲身于集裝箱或簡(jiǎn)易木屋；飲用水和食物需要人力背運(yùn)上山。
2022年6月，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)抵冷湖后，原本在西安測(cè)試良好的設(shè)備光學(xué)質(zhì)量突然下降。團(tuán)隊(duì)花了兩個(gè)多月時(shí)間反復(fù)排查，最終發(fā)現(xiàn)是低溫導(dǎo)致膠體收縮使鏡面變形。設(shè)備不得不運(yùn)回西安改進(jìn)，這一往返就是大半年。
更大的挑戰(zhàn)還在后面。傅立葉光譜儀的電信號(hào)放大倍率極高，即使在設(shè)計(jì)和實(shí)施中都采取了電磁屏蔽措施，望遠(yuǎn)鏡仍對(duì)其產(chǎn)生了干擾信號(hào)。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20余個(gè)日夜，通過多層濾波、隔離和嚴(yán)格接地，終于在2023年7月15日首次成功接收到太陽光譜。
展望未來：讓空間天氣預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)
隨著AIMS望遠(yuǎn)鏡正式轉(zhuǎn)入科學(xué)產(chǎn)出階段，帶來的不僅是基礎(chǔ)研究的成果，更有廣闊的應(yīng)用前景。
通過對(duì)太陽磁場(chǎng)的精確觀測(cè)，為揭示太陽劇烈爆發(fā)中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移機(jī)制、研究磁能積累與釋放提供了新的數(shù)據(jù)支持。這將大幅提升對(duì)太陽劇烈爆發(fā)的預(yù)測(cè)能力，為空間天氣預(yù)報(bào)提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。
“就像氣象預(yù)報(bào)一樣，未來人類需要提前數(shù)天預(yù)測(cè)強(qiáng)烈的太陽活動(dòng)，為衛(wèi)星運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度提供預(yù)警。對(duì)太陽磁場(chǎng)的深入理解是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)?！盇IMS課題負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員鄧元勇表示，AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成填補(bǔ)了國際中紅外太陽磁場(chǎng)觀測(cè)的空白。
科學(xué)史上，每一次觀測(cè)技術(shù)的突破都帶來對(duì)宇宙認(rèn)知的更新。AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成和使用，正是科學(xué)裝置從探索宇宙奧秘到服務(wù)社會(huì)的一個(gè)縮影。
據(jù)新華社
（責(zé)任編輯：梁艷）
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