中國人造太陽突破,遙遙領先國際水平一個數量級!
1月20日,中國"人造太陽"東方超環(EAST)創造了新的世界紀錄:實現了1億度高溫等離子體1066秒的穩定運行,超過了該裝置2023年創造的403秒紀錄,遙遙領先全球其他同類裝置一個數量級(70-100秒)。這一突破讓我們離可控核聚變的夢想更近了一步,但究竟還有多遠呢?
要實現核聚變,需要足夠高的等離子體密度(n)、足夠高的溫度(T)和足夠長的能量約束時間(τ)。這三個參數的乘積必須超過一個臨界值,大約是3x10^21千電子伏特·秒/立方米,這就是著名的勞森判據。
那麼在託卡馬克裝置中,要讓三重積達到臨界值,最重要的參數是哪一個呢?毫無疑問是約束時間!這也是這次突破的意義所在,也是中國人造太陽遙遙領先國際水平的關鍵。
這是因爲在託卡馬克裝置中,等離子體密度主要受限於磁場強度,這是裝置設計決定的,沒有大的提升空間。
溫度需要維持在約1億度的合適範圍內,因爲太高會帶來更多的輻射損失,增加不穩定性,並可能損壞裝置。並且勞森判據指出,三重積對溫度依賴性很弱,僅爲T^(-1/3),通俗來說,就是溫度翻倍,所需三重積僅減少約20%。
而約束時間主要受限於我們的等離子體控制技術,理論上沒有明顯的物理上限,所以存在很大的提升空間。這就是爲什麼EAST這次把約束時間從此前的411秒提升到1066秒如此重要——它在可提升最大的維度上取得了重大突破。
這就像是在玩一個大型多人在線遊戲:在合適的溫度(玩家水平)和密度(玩家人數)下,約束時間(服務器穩定時間)越長,核聚變反應發生的機會就越大。但我們還無法準確預測在什麼條件下,這個概率會達到一個顯著的水平,是3000秒,10000秒,還是這個人造太陽的“三體運動”壓根兒無解,人造太陽根本就無法實現?
這仍然是一個謎,這也是爲什麼全世界的科學家都在密切關注每一次突破,因爲每一次進展都可能帶來關鍵的啓示。
EAST這次的成就,證明了我們在挑戰這個"概率遊戲"時,至少掌握瞭如何讓"遊戲"持續運行的技術。下一步,科學家們將繼續探索如何在這個穩定運行的基礎上,進一步優化其他參數,直到最終實現可控核聚變的終極目標。