極端環(huán)境“熔于一爐” 揭秘“人造太陽”的“超強(qiáng)”內(nèi)核

太陽的核心溫度高達(dá)1500萬攝氏度，為了在地球上造出“人造太陽”，我國科學(xué)家將“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強(qiáng)磁場”“超大電流”等極端環(huán)境“熔于一爐”。新春前夕，記者走近中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院有“人造太陽”之稱的大科學(xué)裝置“內(nèi)核”，從多項(xiàng)尖端科技的突破中感受我國創(chuàng)新的勃勃脈動(dòng)。

太陽是地球最大的能量來源，它的表面溫度約6000攝氏度，內(nèi)核溫度約1500萬攝氏度，像一個(gè)熊熊燃燒的大火球，每秒鐘散發(fā)出相當(dāng)于1億億噸煤炭燃燒產(chǎn)生的能量。

“太陽為什么能產(chǎn)生這么大的能量?因?yàn)樗膬?nèi)部持續(xù)不斷地在發(fā)生核聚變反應(yīng)。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所王騰博士說，如果想要在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，造出“人造太陽”，需要實(shí)現(xiàn)1億攝氏度的等離子體、1000秒的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和1兆安的等離子體電流，這些都是難度巨大的科技挑戰(zhàn)。

高11米、直徑8米、重400多噸，站在有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)面前，記者產(chǎn)生了深深的好奇：這里曾實(shí)現(xiàn)了1億攝氏度的20秒等離子體運(yùn)行，是如何做到的呢?

“EAST像一個(gè)圓環(huán)形的‘大罐子’，在它的內(nèi)部，集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強(qiáng)磁場’‘超大電流’等極端環(huán)境。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤說，能將這些尖端技術(shù)“熔于一爐”，充分體現(xiàn)了一個(gè)國家的綜合科技實(shí)力。

為了實(shí)現(xiàn)1億攝氏度高溫，科學(xué)家使用了多種加熱手段，其中一種就是微波加熱。“家用微波爐的功率是500瓦左右，而EAST用了4種大功率加熱系統(tǒng)，總功率34兆瓦，相當(dāng)于家用微波爐的數(shù)萬倍。”王騰說，不僅如此，地球上最耐熱的材料也只能承受幾千攝氏度，為了承載上億攝氏度的高溫等離子體，科學(xué)家用磁場做成“籠子”，而EAST內(nèi)部的磁場強(qiáng)度達(dá)到地球磁場強(qiáng)度約7萬倍。

為了達(dá)到強(qiáng)磁場，“人造太陽”還需要超過12000安培的超大電流，而承載大電流的線圈工作在零下269攝氏度的超低溫度，就在距離1億攝氏度高溫約1米遠(yuǎn)的地方，那就需要實(shí)現(xiàn)地表大氣壓約一千億分之一強(qiáng)度的“超高真空”以“隔熱”。

這些極端環(huán)境，讓“人造太陽”成為一個(gè)“超難”的集合體。

“讓1億攝氏度超高溫和零下269攝氏度超低溫近距離共存，這是世界上沒人做過的事情，可以說困難無處不在、天天遇到。”中國工程院院士李建剛介紹，他與團(tuán)隊(duì)在研究“人造太陽”的20年里，至少遇到5萬次失敗的實(shí)驗(yàn)。

“但幸福真的是一點(diǎn)點(diǎn)干出來的!”李建剛說，一年365天，科研人員幾乎天天泡在實(shí)驗(yàn)室，從幾百萬攝氏度到上千萬攝氏度，從三千萬攝氏度、五千萬攝氏度到上億攝氏度，他們獨(dú)立發(fā)展出60多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)造出一系列引領(lǐng)國際的技術(shù)參數(shù)，讓EAST大科學(xué)裝置屹立在世界的東方。

一代代科研工作者自立自強(qiáng)、勇攀高峰的精神內(nèi)核，支撐起中國“人造太陽”的強(qiáng)大內(nèi)核。

據(jù)了解，若要“人造太陽”產(chǎn)生的能源能為人類所用，穩(wěn)態(tài)長脈沖等離子持續(xù)放電的時(shí)間要達(dá)到1000秒以上。“我們的夢想是，點(diǎn)亮世界上第一盞核聚變發(fā)電的燈。”展望新的一年，宋云濤說，“攀登高峰，唯有奮斗!”(劉菁、徐海濤、陳諾)