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终极能源何在?科学岛上有答案!

人民网 10-22

10 月 22 日," 推动高质量发展调研行 " 数十位记者来到位于位于合肥的科学岛,实地了解大科学装置——托卡马克、稳态强磁场等等,实地领略了合肥这座城市的科技创新魅力 !

还是以全超导托卡马克 ( Tokamak ) 为例吧 ! 这个装置有个更形象的名字——人造 " 小太阳 "。在中科院等离子体物理研究所,已经退役的我国第一代托卡马克装置,如今被放置在入口处供人们参观,它的外观则是由一个个环形线圈拼接而成,托卡马克的名字就来源于环形、真空室、磁、线圈,而这还是最早由苏联作为援建项目赠送给我国的。时过境迁,如今,全世界第一台全超导核聚变装置 EAST 就诞生在我国。

如果看过今年最火爆的科幻电影——《流浪地球》,一定会对其中为了驱动地球而建造的一万台发动机印象深刻,巨大的喷气装置冲天而起,蔚为壮观。既然是发动机,就要有动能,就要有能源,在电影中是靠大型发掘机不停地挖掘矿石 ( or 石头 ) 来驱动的。只是,以电影中地球到新的恒星系统 2500 年来算,即便能够顺利实现流浪目标,恐怕人类家园地球也早已面目全非了。

中科院合肥物质研究院院长匡光力介绍,人类目前所用的化石燃料,包括石油、煤炭、天然气等,因为不可再生,大约只能供人类使用 100 — 200 年左右。而核电站等采用核裂变原理提供的能源,需要放射性原料,如 U235 等,以地球现有储量大约也仅仅能够使用 50 年左右。为此,必须未雨绸缪,为人类寻找新的能源。回到现实,这个托卡马克装置就是为了解决动力问题而建造的大科学装置,目的是为了获得可控核聚变能。

" 核聚变能有几大优点,其一是原料丰富,使用的是氢的同位素氚和氘,可以从海水中提取,每升海水中提取原料释放的能量相当于 300 吨汽油。而地球上的海水,可供人类使用 100 亿年左右。" 匡光力说。此外,核聚变能还有能量大、清洁、安全等优点。我们知道,太阳就是一种核聚变能,而托卡马克恰恰也是提供核聚变能,这就是为啥它被称为人造 " 小太阳 " 的缘故。

正是因为核聚变能具有 " 终极能源 " 的性质,所以被科学家们普遍认为是 " 人类 100 个最重大、最难的科学问题之一 "。大家知道,太阳的温度达到几亿度,而托卡马克装置在去年也实现了物质超过了一亿度,这相当于上万个家用电磁炉产生的功率。而只有达到上亿度,物质才能上升到等离子体的状态,才能实现局部放电。

以氢弹为例,不同于原子弹爆炸时释放的裂变能,氢弹则是一种聚变能。那么,如何把氢弹爆炸时释放的能量为人类所用呢?回到托卡马克,放电只是目的之一,而可约束也就是可控才能够为人类所用。科学家的方法是,用磁场来约束等离子体,这又是一个比较大的科学难题。据介绍,为了获得可控的核聚变,包括中国在内的 7 国科学家在法国建立了实验室,中国科学家可是贡献了其中 10% 的工作量哦 ! 而这 10% 的工作量中,合肥的中科院等离子体所又承担了 70% 的份额。

如果真正实现了可控核聚变能,那时人类翱翔太空的梦想就有望成真,即便不能带着地球去流浪,大约也能够移民到其他星球吧 ! 说到这,小伙伴们应该对合肥的科创实力有所管窥了吧?如今,合肥的科研实力可是相当的 " 硬核 ",作为继长三角龙头老大上海之后的第二个国家综合性科学中心,合肥已经是代表国家参与科技竞争的力量。

据匡光力介绍,类似托卡马克这样的大科学装置,未来合肥将有 9 个,从而建成大科学装置群。其中已建成同步辐射、全超导托卡马克、稳态强磁场等 3 个,正在建设的聚变堆主机关键系统综合研究设施、未来网络试验设施、高精度地基授时系统等 3 个,正在开展预研的合肥先进光源、大气环境立体探测试验设施、强光磁集成实验装置等 3 个,目前正在加快推进 " 四个一 " 创新主平台和 " 一室一中心 " 建设。这些创新支撑平台,可为长三角建设国际创新高地提供不可或缺的科技基础支撑。

科技创新的背后,离不开源源不断的人才支撑。数据显示,安徽省拥有高等院校 110 所、科研机构 5360 个,这其中就包括中国科学技术大学、合肥工业大学、中电科 43 所等一批知名的大院大所。截至去年,安徽人才总量达到 800 多万,其中研发人员 22.8 万、皖籍院士 124 人、柔性引进院士 235 人次。合肥是一座 " 养人 " 的城市,更是一片创新的热土。

匡光力表示,人才培养需要四个方面的支撑。一是为人才创造一流的科研条件。二是要用感情留人,提供温馨的工作环境。三是提供良好的待遇。四是营造好的创新文化。

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