人類距離可控核聚變還有多遠,？“人造太陽”：能源自由的愿景(3)

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2025-02-08 15:53:28 光明網(wǎng)

然而,，“人造太陽”維持自身燃燒的條件非常苛刻,。英國科學(xué)家勞遜在20世紀50年代研究了這一條件的門檻——也被稱為聚變點火條件,。據(jù)計算，實現(xiàn)可觀的氘氚聚變等離子體離子溫度要大于1億攝氏度,，等離子體密度,、溫度和等離子體能量約束時間的乘積（“三乘積”）大于5×1021千電子伏特·秒/立方米,。

數(shù)十年來，國際上探索了眾多核聚變路線,。目前,，實現(xiàn)核聚變反應(yīng)主要有引力約束、磁約束,、慣性約束3種方式,。太陽因本身質(zhì)量巨大，可通過巨大引力,，在極端高溫高壓的環(huán)境下發(fā)生引力約束核聚變反應(yīng),。而在地球上，實現(xiàn)可控核聚變主要有磁約束核聚變,、激光慣性約束核聚變兩種方式,。激光慣性約束核聚變可以采用激光作為驅(qū)動器壓縮氘氚燃料靶丸，在高密度燃料等離子體的慣性約束時間內(nèi)實現(xiàn)核聚變點火燃燒,。采用強磁場約束等離子體的方法把核聚變反應(yīng)物質(zhì)控制在“磁籠子”里面,，就是磁約束核聚變。

道路依舊充滿挑戰(zhàn)

“穩(wěn)態(tài)自持燃燒”是源源不斷獲取聚變能的關(guān)鍵

在眾多技術(shù)途徑中,，托卡馬克是通過等離子體電流和外部磁體線圈產(chǎn)生的螺旋磁場約束聚變?nèi)剂想x子,，被認為有望率先實現(xiàn)聚變能源的應(yīng)用，也是目前全球研發(fā)投入最大,、最接近核聚變點火條件,、技術(shù)發(fā)展最成熟的途徑。

托卡馬克最初是由蘇聯(lián)庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發(fā)明的,，是一種利用磁場約束帶電粒子來實現(xiàn)可控核聚變的環(huán)形容器,。當前，世界上建成并運行了超過50個不同規(guī)模的托卡馬克裝置,，不同托卡馬克裝置的幾何尺寸,、等離子體約束性能等也各有不同。目前中國運行的托卡馬克主要包括常規(guī)托卡馬克和球形托卡馬克,。

自托卡馬克開展實驗以來,，等離子體綜合參數(shù)不斷提升，“三乘積”提升了幾個數(shù)量級,，逐漸趨近點火條件,。歐洲的JET與美國的TFTR裝置上獲得氘氚聚變功率輸出，揭示了托卡馬克磁約束可控核聚變路線的原理可行性,。2021—2023年,，JET創(chuàng)造了69兆焦耳聚變能輸出的世界紀錄。

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