新智元報道

　　來源：EurekAlert、BBC 等

　　編輯：小勻

　　【新智元導讀】7 月 28 日，由美國、俄羅斯、歐盟（包括英國與瑞士）、中國、印度、日本、韓國 35 個國家合作的 ITER 項目正式進入了為期 5 年的組裝階段。ITER 是目前世界上最大的核聚變項目，被媒體稱為人造太陽。

　　核聚變伴隨著巨大的能量釋放，而且能提供清潔、可靠、無碳排放的能源。人類早在上世紀 50 年代就將其應用于氫彈。然而，與太陽相比，氫彈卻是「潘多拉的魔盒」，一旦打開，就會將地球置于危險的境地。

　　所以，如何有效控制核聚變，讓其造福人類，是各國科學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，就是指兩個較輕的原子核結(jié)合，形成一個較重的核和一個極輕的核。

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

　　這是太陽與其他恒星的能量來源，也是維持地球生命的能量來源。

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

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

　　但是，都帶正電的原子核們會互相排斥，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)、密度和封閉時間（等離子體很快就會飛散開來，所以必須先將其封閉）。

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

　　太陽能做到的，托卡馬克也能

　　太陽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——磁場便是其中一種。當?shù)入x子體帶電時，電荷被卷在磁力線上，因此只要制造出磁場，就能夠?qū)⒌入x子體封閉，使它們懸浮在真空中。

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

　　近幾個月來，為機器組裝做準備，巨大的同類零件開始運抵法國-在許多情況下，每個零件重達數(shù)百噸，長度超過 15 米。這些零件是世界各地工廠，大學和國家實驗室超過 5 年的制造的結(jié)晶。

　　雖然，世界上已有數(shù)百個托卡馬克被建造出來了，但 ITER 將實現(xiàn)的，是第一個實現(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，托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，加熱直到它們變成等離子體。當?shù)入x子體達到 1.5 億攝氏度時，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，然后通過渦輪和發(fā)電機發(fā)電。

　　35 國合作研制，中國參與了什么？

　　法國總統(tǒng)埃馬紐埃爾·馬克龍和來自歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國的領(lǐng)導人宣布一個新的能源時代的開始，世界上最大的核聚變裝置在法國南部 ITER 的組裝正式開始。

　　在 ITER 的官網(wǎng)上，我們能夠清晰地看到各國的分工。

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

　　圖為中國首批環(huán)向場線圈支撐啟運

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

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

　　法國是東道國。與英國和瑞士組成的歐盟是東道國，提供 ITER 費用的 45％。美國，中國，日本，俄羅斯，印度和韓國的其他每個成員國出資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，可以供給人類數(shù)百萬年。一個菠蘿大小的燃料相當于一萬噸煤。

　　ITER 的工廠將產(chǎn)生大約 500 兆瓦的熱能。如果持續(xù)運行并與電網(wǎng)相連，這將轉(zhuǎn)化為大約 200 兆瓦的電力，足以供應大約 20 萬個家庭。

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

　　法國總統(tǒng)馬克龍說：「這顯然是對未來的一種信心。歷史上最偉大的進步總是源于大膽的賭注，艱難的旅程。」

　　ITER 計劃用 4.5 年組裝完成，2025 年進行第一次使用。

　　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！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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