太阳的意义,1.6亿℃运行20秒,我国人造太阳又创纪录!何种材料能耐如此高温

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可控核聚变技术被认为是人类未来能源的终极解决方案,各主要大国都有研究机构在不遗余力地进行着这方面的研究。5月28日,不少媒体报道称安装在中国科学院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)进行了新的试验——第16轮 EAST装置物理实验,当日凌晨时分控制大厅传来捷报,本次实验实现了可重复的1.2亿℃101秒等离子体运行和1.6亿℃20秒等离子体运行,再次创造出了托卡马克实验装置运行新的世界纪录。




1.2亿℃和1.6亿℃的高温是什么概念?可以对照在1.5亿公里外给我们地球以光和热的太阳的温度,太阳是一个时刻都在进行着核聚变的巨大天体,它表面的温度大约为5600℃,内部的温度大约为1,500万℃,可见即便是太阳创造的温度仍然没有我国合肥这个全超导托卡马克的装置创造的温度高,1.2亿℃是太阳表面温度的约21,500倍,1.6亿℃就是它的28,500倍了,和太阳内部的温度相比,这分别是它的8倍和10.6倍。




我们都知道一个大气压下水到100℃就会沸腾,钢铁的熔点是1538℃,沸点是2750℃,钨的熔点是3410℃,是熔点最高的金属元素,石墨的熔点为3850℃,是熔点最高的非金属元素,但目前世界上最耐高温的材料是铪钽合金,即铪钽的化合物——五碳化四钽铪,化学式是Ta₄HfC₅,其在标准大气压下的熔点为4215℃,但是即便它的熔点如此之高,在面对1.2亿摄氏度的高温条件下,也是瞬间就会被气化的,因此可能很多朋友都好奇了,既然世界上熔点最高的物质才4200多摄氏度,而合肥的全超导托卡马克装置已经达到了1.2亿℃的高温,那么什么样的物质制造的容器才能盛下这样的高温呢?是不是托克马克装置一启动就会把外面的容器烧坏了呢?




实际上托克马克装置能达到的高温和它外面的耐火材料的关系并不是特别大,因为托克马克装置是利用磁约束作用来实现可控核聚变的容器,一般都设计为环形,而环形容器中基本是真空状态,外面缠绕着线圈,通电之后里面会形成强磁场,可以约束其中的带电粒子,启动后将聚变材料输入其中可以被约束到磁场的中间位置,开始聚变后会达到1亿多度的高温。






但是由于这些高温粒子是在磁场中,并没有接触容器壁,所以虽然它们有1.6亿多摄氏度的高温,也并不会把容器烧坏。日本的一个类似的实验室曾经创造出过5亿℃的高温,容器也没有烧坏。当然,容器壁能够承受的温度也是越高越好,毕竟其中心位置辐射出来的温度也是相当高的。




2020年12月28日,韩国超导托卡马克高级研究(KSTAR)曾创造了1亿摄氏度维持20秒钟的新世界纪录,如今我国合肥的全超导托卡马克装置创造出了1.2亿℃100秒的运作能力,这标志着向着实用化可控核聚变技术又前进了一步,一般认为1亿℃的温度下维持1000秒钟即可实现实用化,因此随着高温维持时间的延长,可控核聚变技术的实际应用已越来越近。


参考资料:


《央视新闻》5月28日文章《1.2亿摄氏度燃烧101秒!中国人造太阳创亿度百秒世界纪录》



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