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標(biāo)題: “人造太陽”的大磁鐵如何？耗時(shí)數(shù)年研制，磁力可將航母吸離地面 [打印本頁]

作者: twq19810302 時(shí)間: 2023-2-10 11:15
標(biāo)題: “人造太陽”的大磁鐵如何？耗時(shí)數(shù)年研制，磁力可將航母吸離地面

或許你也聽說過“人造太陽”，這一裝置可是如今科研界的“香餑餑”，因?yàn)樗侨祟悓?shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵。

人造太陽如今是科學(xué)界的香餑餑

但想要將其制造出來可沒有那么容易，其中各個(gè)裝置的技術(shù)含量都超乎想象，比如位于其中心的“大磁鐵”，人們耗時(shí)數(shù)年研制，才讓其順利誕生，據(jù)悉它的磁力甚至可將航母吸離地面。

那么，“人造太陽”這一裝置到底是什么？它的“大磁鐵”真的有那么強(qiáng)嗎？如果未來“人造太陽”真的能順利誕生并在正常運(yùn)行，又將會(huì)給人類世界帶來什么樣的影響呢？

備受關(guān)注的“人造太陽”

人們?cè)谘芯刻柕倪^程中，發(fā)現(xiàn)太陽就像是一個(gè)純天然的核反應(yīng)堆，能夠不斷通過核聚變的方式產(chǎn)生能量。在這個(gè)過程當(dāng)中，不僅不會(huì)產(chǎn)生什么有害的物質(zhì)，損耗也相對(duì)較少。

太陽是一個(gè)純天然的核反應(yīng)堆

在這種情況下，人們決定開始向太陽學(xué)習(xí)，借鑒它制造能量的方法，在地球上建造出“人造太陽”，讓其能源源不斷的為我們提供能源。這個(gè)裝置名為國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱ITER，位于法國南部。

ITER位于法國南部

根據(jù)資料來看，這一裝置計(jì)劃用氘和氚的混合物作為原材料，然后進(jìn)行聚變。這主要是因?yàn)檫@樣的組合不僅能釋放出超高的能量，氘元素在自然界當(dāng)中的儲(chǔ)量還非常大。

資料顯示氘在地球海洋中天然豐度，在所有6420個(gè)氫原子中含有約一個(gè)氘原子（見重水）。因此，氘約占海洋中所有天然氫的0.0156%（按質(zhì)量計(jì)0.0312%），而質(zhì)子占99.98%以上。

氘在地球上的天然豐度比較高

可是想讓核聚變?cè)谌藗兊恼瓶叵率辗抛匀绮⒉蝗菀祝紫葰怏w的溫度就必須能達(dá)到1億度以上。當(dāng)溫度達(dá)到這個(gè)限值的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)許多自由帶電粒子構(gòu)成的等離子體。

這樣，是否就意味著完成了呢？

并不是，因?yàn)榈入x子體難以被容器約束，所以它們可能會(huì)逃逸或者飛散，而一旦它們逃逸，我們之前的“燒開水”做法都將失去作用。因此，不僅要將溫度加熱到超高的閾值，人們還要將高溫等離子體“關(guān)起來”，將它約束起來，最終讓其為我們所用。

很顯然，正常的容器是無法約束等離子體的，所以人們就想到使用具備比和磁力線的磁場(chǎng)，來為它們量身打造一座“監(jiān)獄”，大家將其稱為“磁籠”。這個(gè)磁籠約束能力越強(qiáng)，就意味著等離子體的損失會(huì)越小，從而讓高溫可以維持，核聚變反應(yīng)能夠穩(wěn)定進(jìn)行。

簡(jiǎn)單來說，這種裝置就是借助封閉性磁場(chǎng)容器，從而創(chuàng)造出和汽車內(nèi)部輪胎十分相似的傳輸模型。當(dāng)我們讓其通電以后，其內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)規(guī)模較大的螺旋型磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)核粒子運(yùn)動(dòng)。此時(shí)溫度再達(dá)到預(yù)期的話，這些粒子就能發(fā)生核聚變反應(yīng)。

借助這一裝置，可以讓其中的粒子發(fā)生聚變反應(yīng)

由此可見，提升溫度是第一難題，防止等離子體逃逸并且讓溫度得以維持是第二個(gè)難題。而在第二個(gè)難題當(dāng)中，創(chuàng)造“磁籠”的磁體就是關(guān)鍵所在。

它的大磁鐵到底有多強(qiáng)？

不難看出，人造太陽裝置的核心就是中央電磁閥磁鐵，因?yàn)樗饶軉?dòng)等離子體電流，又能在這一裝置運(yùn)行的過程中驅(qū)動(dòng)和塑造等離子體。根據(jù)資料來看，ITER的中央電磁閥是由美國負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、研發(fā)的，其中的導(dǎo)體則來源于日本。

人造太陽的核心裝置是中央電磁閥磁鐵

由于人造太陽裝置的體格非常大，所以處在它核心的中央電磁閥也被分成了六個(gè)獨(dú)立制造的模塊，人們將六個(gè)模塊分別完成之后，才會(huì)開始組裝。從公布的相關(guān)照片來看，這個(gè)“大磁鐵”的每一個(gè)模塊都大的驚人，單個(gè)的重量都在100噸以上。

這就意味著，如果人們把它組裝完成的話，整個(gè)中央電磁閥磁鐵的重量將達(dá)到1000噸左右。此外，這個(gè)大家伙不僅個(gè)頭大，能夠提供的磁場(chǎng)還能達(dá)到13特斯拉，除此之外，還能感應(yīng)到15萬安倍的等離子體電流。

中央電磁閥磁鐵能夠提供超強(qiáng)的磁場(chǎng)，就像是太陽的迷你版一樣

從前，人們從未制造過這種功率和脈沖的超導(dǎo)磁體，所以它對(duì)于人類來說是具有重大意義的，標(biāo)志著我們的科技更進(jìn)一步。

資料顯示，根據(jù)目前的數(shù)值預(yù)算這一中央電磁閥可以將航空母艦抬出水面，并且其支撐結(jié)構(gòu)的尺寸可以承受相當(dāng)于航天飛機(jī)升空時(shí)推力兩倍的力。

由此可見，將航母“吸離地面”這種說法并不算夸張，而是真實(shí)存在的，它的磁力確實(shí)恐怖。只不過，人們并不會(huì)真的用這塊大磁鐵去做這種嘗試，因?yàn)樗挥性凇叭嗽焯枴毖b置當(dāng)中，才能發(fā)揮出自己最大的優(yōu)勢(shì)。

它的磁力甚至能夠?qū)⒑侥肝饋恚浅５目植?/font>

當(dāng)這個(gè)磁鐵組裝完成，并且和裝置當(dāng)中的其他部件完美融合，構(gòu)成ITER托卡馬克的時(shí)候，“人造太陽”的“光芒”就將正式造福人類。到那時(shí)，我們不必再為能源不足和環(huán)境污染發(fā)愁了，畢竟這家伙不僅可以瘋狂的發(fā)電，還不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體或者長(zhǎng)效放射性廢物。

對(duì)此通用原子工程和項(xiàng)目總監(jiān)約翰·史密斯（John Smith）強(qiáng)調(diào)，“它的制造是有史以來規(guī)模最大，最復(fù)雜和最苛刻的磁鐵項(xiàng)目之一。我們都感到有責(zé)任，從事一項(xiàng)有可能改變世界的工作。”

制造中央電磁閥磁鐵的美國團(tuán)隊(duì)

不論是制造者還是等待ITER成功建成的人，都對(duì)這個(gè)大磁鐵充滿了期待。當(dāng)然，其實(shí)這本質(zhì)上是對(duì)“無限能源”的向往。

實(shí)際上，這些年不止世界各國在合作建造“人造太陽”，我國也在努力進(jìn)行自主研發(fā)。

人人都在“種太陽”

當(dāng)我們回顧人類能源史，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在能源更迭當(dāng)中占得先機(jī)的人，才能掌握發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。不論是木材、煤炭還是石油，古往今來，人們?yōu)榱藸?zhēng)奪能源總是打的頭破血流。

人類過去總是會(huì)為了爭(zhēng)奪能源而打仗

這也是為什么，如今世界各國都在牟足勁兒研究可控核聚變，希望能夠率先創(chuàng)造出可以用來發(fā)電的“人造太陽”，掌握發(fā)展的先機(jī)。

說到這兒，有人可能疑惑，這么來說ITER本身是無法發(fā)電的嗎？

的確，它確實(shí)不具備發(fā)電功能，從本質(zhì)上來說它只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。但是它的存在卻十分關(guān)鍵，因?yàn)闆]有人可能一口吃成胖子，所以我們必須要通過“實(shí)驗(yàn)裝置”來不斷地分析驗(yàn)證，最終讓它能夠完美的為人類服務(wù)。

人造太陽目前不具備發(fā)電功能，它只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置

而我國也早早就注意到了在這一實(shí)驗(yàn)的重要性，自主研制出了世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變裝置，它也被稱為“東方超環(huán)（EAST）”。根據(jù)資料來看，這一裝置在2006年就完成了建設(shè)并且實(shí)現(xiàn)了調(diào)試，一次性就獲得了成功。

中國研制的東方超環(huán)的相關(guān)記錄

除了忙著自主研發(fā)以外，我們也參與了ITER這個(gè)國際項(xiàng)目，負(fù)責(zé)研發(fā)其中的部分部件。從最終交付的結(jié)果來看，我國承擔(dān)的研發(fā)任務(wù)都做到了100％合格和絕對(duì)國產(chǎn)化，產(chǎn)品質(zhì)量更是沒得說。

為此ITER 組織總干事曾給予我國高度評(píng)價(jià)，表示“中國在采購包研發(fā)生產(chǎn)方面領(lǐng)先于各方”。

作者: xueyeteng 時(shí)間: 2023-2-10 14:52
這個(gè)真的是能源的未來。

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