盡管正處在青壯年時期的太陽不可能像科幻電影《流浪地球》中劇情那樣,膨脹之后熄滅,但是打造傳說中的“人造太陽”成為了21世紀(jì)科學(xué)家們的畢生夢想。
“人造太陽”并不是指我們真的打造一個像太陽類似的小太陽來照亮夜晚,而是在打造熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER),從而實(shí)現(xiàn)太陽現(xiàn)在進(jìn)行的核聚變過程,即著名的托卡馬克裝置(Tokamak)。
在核聚變科研領(lǐng)域,作為世界超級大國的中國一直非常重視,中國環(huán)流器二號M裝置是我國現(xiàn)階段最先進(jìn)的托卡馬克裝置,2020年12月,中國環(huán)流器二號M裝置在成都建成,并完成首次放電。
讓人沒有想到的是,韓國的“人造太陽”項(xiàng)目取得了重大飛躍。11月24日,韓國大田研究基地國家聚變研究所的超導(dǎo)托卡馬克核聚變裝置(KSTAR)制造出1億℃高溫的等離子流,時長持續(xù)20秒,超越了美國和中國之前紀(jì)錄,創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。
2020年11月24日,在美國哥倫比亞大學(xué)研究人員的幫助下,KSTAR將等離子加熱到1億攝氏度,并且時間持續(xù)了20秒,打造了2019年,溫度1億攝氏度,時長只有8秒的實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄, 讓人類離完全掌控核聚夢想更近了一步。
太陽雖然巨大,但太陽的核心溫度只有1500萬攝氏度,而KSTAR制造出來的等離子體約是太陽溫度的7倍,事實(shí)上這并不是重點(diǎn),重點(diǎn)是KSTAR還持續(xù)了20秒。
2016年12月,KSTAR在約5000萬攝氏度的溫度下運(yùn)行70秒,刷新了另一個世界紀(jì)錄。2018年,KSTAR的等離子體溫度達(dá)到1億攝氏度,但僅保持了約1.5秒。2019年,KSTAR的等離子體溫度達(dá)到1億攝氏度,但僅保持了約8秒。
KSTAR裝置使用氫的同位素來產(chǎn)生熾熱的等離子體流,等離子態(tài)是物質(zhì)的四個基本狀態(tài)之一,物質(zhì)中的離子和電子被分離。為了保持離子,需要保持難以置信的高溫。
在科學(xué)中,物質(zhì)的基本形態(tài)被認(rèn)為有四種,氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài),還有等離子態(tài),而需要高溫才能保持的物質(zhì)狀態(tài)就是等離子態(tài)。
KSTAR并不是第一個達(dá)到等離子溫度1億攝氏度的設(shè)備,但它是第一個運(yùn)行10秒鐘以上的設(shè)備。2018年11月,我國安徽合肥“東方超環(huán)”內(nèi)等離子體達(dá)到1億攝氏度。
自20世紀(jì)初期以來,科學(xué)家們一直夢想著能完全掌控核聚變的力量,通過將兩個原子核合并成一個更大的核以釋放巨大能量,但事實(shí)證明,這是一件很棘手的事情。
1960年代后期,兩名俄羅斯研究人員是最早將托卡馬克裝置內(nèi)氣體加熱到等離子體態(tài)的科學(xué)家。
來自放射防護(hù)和核安全研究所(IRSN)數(shù)據(jù)顯示,現(xiàn)在全世界約有250個托卡馬克裝置(Tokamak),Tokamak是俄語術(shù)語“toro?dalna?akameras magnitnymi katushkami”或“帶有電磁線圈的環(huán)形室”的首字母縮寫。