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美国和日本研究了半生的核聚变。为什么中国一出手就领先?

提起核能,或许大部分人的记忆还停留在日本福岛核电站的核泄漏事件。但多年以来,各国致力于发展核能,说明核能带给人类的益处还是很多的。在核聚变方面的研究,美国与日本可以说是花费了大量的心血,但结果却不尽如人意。

福岛核电站

而在全世界科学家对核聚变的研究都摸不着头脑的时候,中国在核聚变方面已经获得了极大的成功。那么为什么其他国家耗时耗力还没有结果的事情,中国为啥一出手就能够反超呢?

核能以及核聚变对人类的意义

1964年,沙漠的天空上巨大蘑菇云升起,宣告着中国正式成为了拥有核能的国家。对于人类而言,核能不仅能够打造核武器,成为国家的后盾,而且还是一种清洁能源。核能主要分为三类:核裂变、核聚变与核衰变。现如今世界上许多国家已经实现的是核裂变,而核电站就是通过核裂变研究出来的。

核电站发电原理

但核裂变所需的资源较多,而且在反应发生的过程当中也会产生较多的核废物,对环境造成一定的影响。所以许多国家现如今将自己的重心放在了核聚变的发展之上,相比较于核裂变,核聚变通过消耗相同质量的原料,能够释放出之前能量的四倍。且核聚变产生的污染物也会更少,对于人类的健康以及环境的影响也会更小。

核裂变和核聚变

氢弹是核聚变反应下的产物,但这一类反应是不可控的,它杀伤力大的同时,危险系数也极高。所以目前许多国家都将自己的重心放在研究可控核聚变上,当这类研究成功之后,用在能源方面,那么能源紧缺的问题就能得到解决。

美日两国对核聚变的研究

1958年,各国为尽快突破核聚变研究,在日内瓦召开第一次相关会议。对于研究核聚变反应,美国与日本两个国家积极参与。在1945年的时候,美国与日本两国便已经开始研究核聚变的有关现象了,并且算是世界上第一批成功建设出托卡马克装置的国家。而托卡马克装置是实现核聚变的最关键装置之一。然而有了托卡马克装置之后,日本与美国并没有众人想象中的发展速度。

托卡马克装置

不管是在托卡马克装置方面,还是在激光惯性约束可控核聚变方面,美国在世界都是领先的。近几十年,美国虽然在核聚变方面也有着一定的研究,但是在2019年还只实现了等离子体线性实验,与掌握可控核聚变的技术还是有着较大的差距的。有专家预测,美国的核聚变技术想要发展起来,可能还需要发展二三十年。

日本的JT-60

而日本,在托卡马克建设成功之后,日本还是将自己的重心放在加强托卡马克装置上。在1985年,日本便已经成功建设好了大型马克装置JT-60并实施运行。而在接下来的二十年里却出现了停滞不前的现象。2013年,日本对于JT-60进行了重新组装,在2019年的时候尝试正常运营。在核聚变反应的研究方面,日本与美国虽然看上去一直都在做努力,但是好像效率并不太高,最终所呈现出的效果也是差强人意。而反观中国,虽然一开始起步晚,但是最终的研究成果已经处于领先地位。

中国领跑核聚变研究

在研究核聚变的各国当中,中国可以说是起步比较晚的国家。中国最早开始研究核聚变是在1958年,当时的中国科技并不发达,而且科研资金也不足,只能够建设一些小型的装置来进行相关的实验。1969年,中国在核聚变方面取得了一定的进展,建成了一台角向箍缩装置。在1974年的时候,中国成功建成了第一台托卡马克CT-6,比美国与日本整整慢了16年的时间。

托卡马可内部图

对于核聚变反应的研究,中国一直以来都十分的重视。1972年,中国科学研究院决定单独设立一个核聚变研究所。在后来的三十年内,中国的核聚变研究并没有获得较大的突破。直至2010年,中国成功研究出了人造太阳,在核聚变方面有了较大的突破,这让世界上其他国家对中国不得不刮目相看。

人造太阳模拟图

人造太阳学名为东方超环,是中国科学研究所在2010年12月24日研究成功的中国拥有着完全知识产权的磁约束核聚变实验装置。这个装置还创造了多项世界纪录,比如能在1.2亿摄氏度情况下运行101秒。与其他国家研究了半个多世纪而无任何实质性成效相比,中国不仅花费了较短的时间,而且也有着领跑全世界的成绩,这是其他国家想象不到的。

超一亿摄氏度的高温

中国之所以能够一出手就领跑全世界,与这几十年内中国所作出的贡献是密不可分的。2021年5月,东方超环成功升级改造,在性能方面相比较于之前也有了更大的突破。中国科研家们在研究核聚变的过程当中,也遇到了许多的问题,但中国始终将重心放在研究方面,而其他国家因为久久没有取得进展而将重心转移到其他项目上。只有实实在在地进行钻研,才能够找出解决问题的关键。

内部结构图

中国人口基数庞大,即使我国陆续发现了很多大油田,但是石油总有用完的一天。未来想要供给所有中国人所需的能源是一个严峻的问题,研究核聚变已经成为一件解决燃眉之急的事情,所以我国才大力研究核聚变。

结语

核聚变对于大多数国家而言都十分重要,而中国仅仅用了几十多年的时间便已经反超其他国家的研究。由此可见,在核聚变的研究上,中国的科研家们付出了极大的努力与心血的。在发展的过程当中,中国虽然也遇到了困难,但是第一个念头都是解决问题,而不是逃避问题。

可控核聚变反应研究装置

想要真正地完全掌握核可控核聚变的反应方式,中国还是需要再继续做出大量的努力,只有完全掌握了核聚变之后,我国能源问题才能得到解决。在未来,我们或许都能用上源源不断的清洁能源。

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