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人造太阳高频电源“照”出3000度高温
浏览: 发布日期:2019-02-23

  把太阳“拿”回地面,不只是国外科学家的专利,中国科学界也有了突破性进展,我国“人造太阳”EAST装置靠的是核聚变。2016年1月,中科院合肥物质科学研究院等离子体所“人造太阳”实验装置(EAST)在实验中成功实现了电子温度超过5000万摄氏度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。

  Synlight系统由149盏强大的短弧氙气灯组成,能发出比日常太阳辐射高万倍的光,温度最高可达3000摄氏度。

  几天前在于利希市,科学家们搭建了一堵由149盏短弧氙气灯组成的巨型蜂窝状墙(如上图)。这堵近14米高、16米宽的“灯墙”名为Synlight系统,是目前全球最大的“人造太阳”。Synlight模拟了阳光常年不足的一些地区的自然光照,但其外形就像一个反向的抛物面反射器,灯光投射到20厘米×20厘米的聚焦平面上,能够提供11兆瓦/平方米的辐射量,产生的辐射强度是太阳光照射同等面积的1万倍,温度最高可达3000摄氏度。

  航空太空中心(DLR)表示,极高的温度是生产氢燃料的必要条件,希望Synlight能够帮助研究人员找到一种更有效的方法将水分解成氢气和氧气,而氢气作为不含二氧化碳的清洁能源,能为汽车、飞机等提供动力。

  这个季节的晴天较少,加上大力投资支持可再生能源的开发,于是这个“人造太阳”的创意在成为了现实。“人类必须竭尽所能地利用现有科技去创造可再生能源,如果我们不敢投资创新型研究,这种能源转换很可能停滞不前。”北莱茵-威斯特州环保部的Johannes Remmel说。据称,这项造价为350万欧元(约合2600万人民币)的科技装备将在人类与气候变化的对抗中起到关键作用。

  氢气无污染、可再生、能量密度高、方便储存和运输,是最理想的清洁能源之一,被称为“未来的燃料”。但自然氢的存在十分稀少,科学界一直在探索利用更节能的方式来人工制氢。目前常见的人工制氢方法包括采用矿物燃料制氢、电解水制氢等。电解水制氢尽管过程简便,造价却十分高昂,利用太阳能制氢成了一个未来发展方向,“人造太阳”的探索也就应运而生。

  “我们的最终目标是利用太阳能制取氢气,而不是人造光。”DLR太阳能研究所主任伯纳德·霍夫施密特称,Synlight系统的“小目标”是将实验提升到一个新的水平,一旦技术成熟,这一过程可以10倍放大,达到发电厂的技术水平。如果资金充足,这个目标有望10年内实现。

  类似的基于光学原理的技术早已在美国出现,例如坐落在莫哈韦沙漠里的世界最大的伊万帕太阳能发电站,它其实就像地面上的“小太阳”,可产生供给14万户家庭使用的电力。它的原理就是利用反射镜吸收太阳光并将其为水能,水蒸气带动涡轮机旋转,从而创造清洁电能。

  把太阳“拿”回地面,不只是国外科学家的专利,中国科学界也有了突破性进展,我国“人造太阳”EAST装置靠的是核聚变。2016年1月,中科院合肥物质科学研究院等离子体所“人造太阳”实验装置(EAST)在实验中成功实现了电子温度超过5000万摄氏度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。

  要让核聚变为人类所利用,就意味着要把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度,并至少持续1000秒,才能形成持续反应,这正是EAST的终极。鉴于对能源的大量需求,我国下一个核聚变装置——中国聚变工程试验堆(CFETR)有望在2020年前后启动,现在装置正在紧锣密鼓地设计中。“‘人造太阳’通过可控热核聚变的方式,将给人类带来几乎无限的清洁能源。”中国工程物理研究院研究员许建南说。

  即便太阳能受天气、纬度、地形影响较大,科学家们仍对这“最大的潜在能源”抱有信心。人造太阳了人类未来的能源利用之,这美好的前景太值得人类期待。

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