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“終極能源夢想”。
實現(xiàn)“人造太陽”之夢為什么難？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第2次部長級會議暨國際原子能機構(gòu)第30屆聚變能大會上，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。太陽猶如一個巨大的熱核聚變反應(yīng)裝置，每時每刻都在進(jìn)行著聚變反應(yīng)——氫原子核持續(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化石燃料的依賴；同時還將帶動超導(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，其中磁約束通過強磁場將高溫等離子體穩(wěn)定約束在真空容器內(nèi)，實現(xiàn)長時間持續(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。
國際熱核聚變實驗堆（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)，項目2020年啟動組裝，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)。
與會專家表示，當(dāng)前，世界上幾個大型托卡馬克實驗裝置已可短暫實現(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，維持長時間燃燒并獲得凈能量輸出，仍面臨巨大科學(xué)和工程考驗。
中核集團科技帶頭人黃梅介紹，中核集團目前正在按照“實驗堆—示范堆—商業(yè)堆”開展聚變堆的研發(fā)。預(yù)計在2027年左右開展燃燒等離子體實驗，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
本次大會上，國際原子能機構(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現(xiàn)顯著躍升。
中國是世界上少數(shù)幾個有完整核工業(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”首次實現(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)托卡馬克核聚變實驗裝置（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”；
緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）主機首個關(guān)鍵部件——杜瓦底座成功落位安裝，標(biāo)志著項目主體工程建設(shè)步入新階段……
“中國將與國際原子能機構(gòu)、國際熱核聚變實驗堆組織及各國一道，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。”國家原子能機構(gòu)主任單忠德說。
據(jù)新華社
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揭秘精確測量太陽磁場的望遠(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目“用于太陽磁場精確測量的中紅外觀測系統(tǒng)”（簡稱AIMS望遠(yuǎn)鏡）通過結(jié)題驗收，這架全球首臺中紅外波段太陽磁場專用觀測設(shè)備實現(xiàn)了哪些突破？未來有何科學(xué)潛力與研究前景？
突破瓶頸：直接測量太陽磁場
太陽磁場與生活息息相關(guān)，強烈的太陽磁場活動會引發(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。
AIMS技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺研究員王東光比喻：“以前太陽磁場測量在可見光波段，需要分幾步才能得到，這個過程會帶來很大誤差；AIMS在中紅外波段觀測，可以通過傅立葉光譜儀的太陽光譜直接獲得?！?/p>
王東光介紹，通過12.3微米中紅外波段觀測，利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測量塞曼裂距，將磁場測量精度提升至優(yōu)于10高斯量級，解決了太陽磁場測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)院國家天文臺高級工程師馮志偉介紹，試觀測期間，團隊解決了雜散光干擾、探測器穩(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。
高原堅守：每個數(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，這里還是一片荒原。沒有路，建塔材料全靠直升機吊運；沒有住所，科研人員棲身于集裝箱或簡易木屋；飲用水和食物需要人力背運上山。
2022年6月，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)運抵冷湖后，原本在西安測試良好的設(shè)備光學(xué)質(zhì)量突然下降。團隊花了兩個多月時間反復(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放大倍率極高，即使在設(shè)計和實施中都采取了電磁屏蔽措施，望遠(yuǎn)鏡仍對其產(chǎn)生了干擾信號。團隊歷經(jīng)20余個日夜，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。
通過對太陽磁場的精確觀測，為揭示太陽劇烈爆發(fā)中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移機制、研究磁能積累與釋放提供了新的數(shù)據(jù)支持。這將大幅提升對太陽劇烈爆發(fā)的預(yù)測能力，為空間天氣預(yù)報提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。
“就像氣象預(yù)報一樣，未來人類需要提前數(shù)天預(yù)測強烈的太陽活動，為衛(wèi)星運行、電網(wǎng)調(diào)度提供預(yù)警。對太陽磁場的深入理解是實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)報的物理基礎(chǔ)?！盇IMS課題負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺研究員鄧元勇表示，AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成填補了國際中紅外太陽磁場觀測的空白。
科學(xué)史上，每一次觀測技術(shù)的突破都帶來對宇宙認(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)社會的一個縮影。
據(jù)新華社
（責(zé)任編輯：梁艷）
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