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准备着,点亮“人造太阳”,超导电缆助力人类向能源终极梦想迈进

发布时间:2022-06-24 文章来源:本站  浏览次数:524


4层楼高、直径8米、重400吨——这就是被称为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),坐落在安徽合肥“科学岛”上。

多年来,中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST团队,为实现人类开发利用核聚变能源的梦想,一直努力奔跑着,目标直指在中国大地上点亮“核聚变发电的第一盏灯”。

今年,是EAST实验物理协调人丁锐加入等离子体物理研究所的第十六个年头;历经多次实验,他见证了EAST一次又一次突破极限……

人类为何要“造太阳”?“因为煤、石油、天然气不可再生,终有一天会被耗尽。风能、水能、太阳能等新能源,受限于天气或地理环境,也难以完全满足需要。”丁锐表示,通过模拟太阳内部核聚变原理,实现源源不断的清洁能源供应,是他一直以来的梦想。

    1998年全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)正式立项,到20211230EAST实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行——这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间,几十年来,中国科学家们边设计、边研发、边攻关,逐步点亮“人造太阳”。

    怀揣同一个梦想,五湖四海的青年科学家们汇聚于此。丁锐的团队,负责研究EAST实验中等离子体与材料的相互作用,目的是延长材料的使用寿命。

作为应用超导工程技术研究室副主任,入所十多年的秦经刚则承担着国际热核聚变实验堆(ITER)计划采购包多个关键部件的研发。他表示,“如果说EAST是研究核聚变能的基础,ITER计划则能让中国‘人造太阳’发出更多光和热。”

    从内部超导电缆到外壳不锈钢管线圈,秦经刚所在的超导导体生产团队实现了从0”到“1”的突破。

2007年,中国承担了超导导体采购包中的76km超导电缆任务。一根直径0.82mm的超导线,既要挤压缠绕,又要保持一定的空隙率,不允许出现断裂或变形,这曾让秦经刚犯了难。“2008年我们特意从国外请了专家来指导,断线问题仍无法解决。”

上千根超导线缠绕成900m的超导电缆,需耗费原材料几十吨,价值千万以上。一次次拿铜线做实验,经历几十次失败,团队终于做到了零损伤,100%不断线。

除超导电缆外,ITER计划对超导导体外壳不锈钢管的要求也很高:零下269℃下韧性良好,断裂伸长率大于30%。“我们决定自主研发。”据秦经刚介绍,团队与浙江一家生产不锈钢的公司联合,成功实现了断裂伸长率超过30%

从前期准备到后续完成,制作一根超导电缆需要近1个月时间,每个人都要参与其中。“我们这个超导导体生产团队一共35人,基本都是‘85后’,我都算老的了,80年的。”秦经刚表示。通过自主研发,研究团队不仅攻克了难关,还使超导带基材料从年产几十公斤发展到现在的年产百吨,实现了从进口到出口的突破。

“热核聚变实验堆一旦研究成功,就能利用海水发电,一升海水中提取的氘经过聚变反应释放的能量相当于300升石油。”超导导体生产团队的金京说。2013年,他参与了ITER导体线圈制造,身处这支团队,他倍感自豪。

    地球万物生长所依赖的光和热,源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘,在地球上的储量极其丰富,足够人类利用上百亿年。

如果利用氘制造一个“人造太阳”来发电,人类就能够彻底实现能源自由。曾经童谣里唱的“种太阳”,正被人类一点点变成现实。

目前,中国科学家正向更高参数稳态高约束等离子体运行发起新的冲击,期待着点亮核聚变的第一颗“人造太阳”……

 

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