全超导托卡马克装置实现亿度千秒高约束模等离子体运行

xinwen.mobi · 发表于 4 小时前

全超导托卡马克装置实现亿度千秒高约束模等离子体运行是核聚变研究领域的一项重大成果。

1. 托卡马克装置原理
托卡马克（Tokamak）是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的核心原理是通过强大的磁场将高温等离子体约束在一个环形的真空室内，使等离子体中的轻原子核（如氢的同位素氘和氚）能够克服它们之间的电荷排斥力，从而发生核聚变反应。

2. “亿度千秒”运行的意义
高温度方面
核聚变的条件要求：核聚变反应需要极高的温度和压力，使得原子核具有足够的能量克服库仑势垒而发生融合。在太阳内部，由于巨大的引力压力，核聚变可以在相对较低的温度（约1500万摄氏度）下持续进行。但在地球上，要实现核聚变，需要将反应物质加热到上亿摄氏度。达到亿度级别的高温是实现核聚变点火的关键一步，这意味着等离子体中的粒子具有足够高的动能，使得核聚变反应能够以可观的速率发生。
对等离子体物理研究的推动：这样的高温环境为研究极端条件下的等离子体物理现象提供了独特的平台。科学家可以深入探索等离子体的行为、输运特性、能量约束等基本物理问题，有助于完善等离子体物理理论。
长约束时间方面
向实用化迈进的关键：约束时间的长短直接关系到核聚变反应能否持续稳定地进行。千秒（约16.7分钟）的高约束模等离子体运行时间，相较于以往是一个巨大的进步。这表明在较长时间内能够有效地将高温等离子体约束在装置内部，减少等离子体与装置壁的相互作用，从而提高能量的利用效率，为未来实现核聚变能源的稳定输出奠定了基础。
工程技术的重大挑战与突破：长时间的约束需要托卡马克装置具备高度稳定的磁场系统、精确的加热和控制手段以及有效的杂质控制和能量排除机制等。这一成果标志着在工程技术上取得了一系列关键突破，如超导磁体技术的成功应用、等离子体加热和控制技术的优化等。

3. 全超导的优势
超导磁体的特性：全超导托卡马克装置中的超导磁体能够在极低温度下实现零电阻电流传输，产生强大而稳定的磁场。相比传统的铜线圈磁体，超导磁体具有更高的磁场强度和更好的磁场稳定性。
对装置性能的提升：更强更稳定的磁场有助于更好地约束等离子体，提高等离子体的密度和温度，从而为实现更高性能的核聚变反应创造条件。同时，超导磁体能够大幅降低装置运行时的能耗，这对于核聚变作为一种未来能源的可持续性发展至关重要。

全超导托卡马克装置实现亿度千秒高约束模等离子体运行这一成果展示了人类在核聚变研究领域的巨大进步，使人们对核聚变能源的商业化应用充满了期待。

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