中国今天又干了件大事,人类现代奇迹工程

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这几天,咱们中国又参与了一件,关乎全人类的大事。机哥先问问大家,你们觉得太阳对于地球重要吗?

那必须重要啊。

有了太阳,植物才能进行光合作用,才能持续给其他动物提供氧气。而且地球上有了自然光,不至于黑漆漆一片。还有太阳能,让我们有源源不断的电能……

所以说,太阳对于地球来说,就像是钢铁侠胸前的能量堆,源源不断提供能量。

(图片来源于网络)

But,有木有人想象过,现在就连太阳也能人造了呢?

机哥说的可不是科幻片,而是真真正正出现在地球上的人造太阳。

全世界 35 个国家集结起来,耗费了近半个世纪的时间,世界最大的人造太阳终于在昨天,迎来历史性的一步:启动组装。

瞅瞅,这是人造太阳以及集成工厂的设计图纸:

(来源:维基百科)

看着就带劲,很有科幻片内味儿了。

据说整个系统的面积有 1.8×10^6 ㎡。机哥瞅见有人说是足足 60 个足球场加起来那么大,但我算出来是 252 个足球场。

不知道是不是大家选取的足球场标准不一样,但都能说明,这人造太阳是个庞然大物。

不然也不会需要耗费辣么多人力、财力还有时间,才把它建出来。

而且令机哥觉得自豪的是,这堪称人类现代奇迹的工程,咱们中国也是其中一个成员国。

所以说,这集结了人类几代工程师心血的“人造太阳”,太值得让机哥跟大家好好介绍一下~

什么是人造太阳?

人造太阳的全称是:国际热核聚变实验反应堆(ITER),是目前世界上最大的核聚变装置,这装置又名 TOKAMAK(托卡马克)。

看名字就知道,它本质就是个核反应堆。但为毛能够叫做人造太阳呢?

那是因为,太阳产生能量是通过核聚变的方式。

(太阳表面,图片来源于NASA)

而 ITER 的人造太阳产生能量,原理正是模仿太阳核聚变的过程。

所以从这个角度看,太阳和人造太阳,本质是一样的。

可能有好奇宝宝会提问,咱们人类不是早就把核电站建出来了吗,这个人造太阳有什么不同?

那机哥就得稍微科普一下啦,它们本质上就不是同一个东西:

核裂变 → 现有的核电站

核聚变 → 太阳、人造太阳

现在的核电站,都是利用核裂变的原理来产生能量。但常见的核裂变反应原料,比如说铀235,地球上的储量非常稀少。

并且哦,核裂变还会产生放射性的污染物。万一操作不当,切尔诺贝利、福岛核电站的惨况,咱们仍历历在目。

(图片来源于《切尔诺贝利》)

而核聚变就很不一样了,例如氘和氚的核聚变反应,原料能够直接从海水中提取。

地球上最不缺的,应该就是海水?

还有哦,核聚变最关键还是安全,只要结束对核的约束,反应立即停止。用一个词来概括,那就是可控。

与此同时,核聚变的核废料污染还极小,甚至连碳排放都几乎没有……

这么一对比,人造太阳的优势就很明显啦。

但是,机哥要说但是了。

既然大家都知道,核聚变比核裂变要好,为什么不一开始就去研究核聚变呢?

咱们能想到的,科学家难道就想不到吗?!

人造太阳的条件很“变态”

核聚变什么都好,唯一的缺点是,反应所需要的环境条件很苛刻:

超高压、超高温

天上的太阳,需要 2000 亿个大气压的压力,还有 1500 万度的温度,才能把氢原子聚变成氦原子。

但在地球上,这条件,想都别想。

于是科学家另辟蹊径,地球搞不了超高压力,咱们先把温度搞上去。

机哥瞅见维基百科说,ITER 的人造太阳,最佳反应速率是在发生在大约在 100000000K 的温度下。

换算成咱们常见的摄氏度,那就是接近 1 亿摄氏度。兄弟们,你们好好琢磨这是个啥概念?!

这就是为啥,人造太阳的研究,举步维艰。

一般的国家、一般的组织,可搞不来这种“变态级别”的项目。

So,在这个背景下,ITER 成立了,希望造出一个东西满足上面说到的条件,于是人造太阳的想法出现。

人造太阳诞生不容易

上面机哥说到的,只是科学理论上的困难。真正实现起来,就是难上加难。

你们在 ITER 官网,能找到一个时间轴:机哥把它往左拨,一直拨到最左边,就会发现起点是 1985 年 11 月。

咦,明明人造太阳这个项目是 2006 年才启动,为啥能追溯到 1985 年呢?

(图中的文字是:在1985年11月的日内瓦超级大国首脑会议上,美国总统罗纳德·里根和苏联秘书长米哈伊尔·戈尔巴乔夫首次会面,并商定了国际发展核聚变能源的努力:“作为人类的取之不尽的能源。”)

正如它们官网所说的,上世纪苏联还在的时候,就已经开始推动核聚变的研究啦。

甚至,人造太阳的托卡马克装置的“磁约束聚变”概念,在上世纪 50 年代就有苏联科学家提出了。

没想到,直到 2006 年,ITER 才正式启动。而筹备、设计、制造等等,又耗费了 14 年的时间。

(2006年签约现场,图片来源于ITER官网)

整个“人造太阳”,足足有 100 多万个部件,它们由各个成员国研发、制造,最后才组装起来。

(素材来源于ITER官网)

咱们中国负责提供的是,磁体馈线、极向场线圈等重要部件。

像极向场电源变流系统,就是我们国家自主研发的。

据说那个直流测试平台,比起以前,占地面积还减少了50%。不得不说我们国家的科研水平,还是很厉害的。

历经快十年,终于在 2015 年时完成设计,2018 年正式发往法国。

(我国极向场电源变流系统发运法国)

但是吼,绝大部分部件都是又重又大。

想想看,几百吨的东西,从一个国家运往另一个国家,而且容不得半点闪失,这背后的难度可想而知。

机哥估摸着,这 100 多万个部件,很可能是全球快递业最夸张的一次运单。

直到昨天,2020 年 7 月 28 日,人造太阳终于开始组装。预计组装工作,要到 2025 年 12 月才能结束。

所以机哥才说,“人造太阳”的诞生,横跨了半个世纪。

而且还是由 35 个国家共同完成的,不夸张的说,就是现代的一次壮举。

但是吼,人造太阳造起来似乎费时费力,为什么大家还坚持要搞呢?

为什么要建人造太阳?

来,机哥给你们看两个数据:ITER 项目的核电站将产生大约 500 兆瓦的热能。如果持续运行并接入电网,产生的能量将转化为大约 200 兆瓦的电能,足够 20 万户家庭使用。

商业核聚变电站可能采用稍大一点的等离子体室,一座电站可以提供的电力相当于 ITER 的 10 到 15 倍。一座 2000 兆瓦的核聚变电站可以为 200 万户家庭供电。

第一个是这次人造太阳的实验数据,第二个是如果实验成功,未来核聚变电站商业化后,一座电站就能满足 200 万户家庭供电。

根据之前的一次调查,机哥所在的广州,全市家庭大概有 450.04 万户。

也就是说,一个商业核聚变电站,就能给小半个广州的家庭供电。

而且像上面提到的,“人造太阳”核聚变对于环境来说,几乎不造成大的污染。可持续,并且安全系数高,这才是真正的造福子孙后代~

或许,这才是为什么全人类,哪怕花了无数的金钱、人力、时间,都想要把它干出来的原因。

机哥很庆幸,咱们生于这个时代,有机会成为见证者。更自豪的是,中国也是它们其中一员。

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