可控核聚变是一种潜在的清洁能源技术,其基本原理是模仿太阳能量产生的过程,即通过将轻元素(如氢的同位素氘和氚)聚合成更重的元素来释放能量。这一过程释放的能量非常巨大,按照爱因斯坦的质能等价公式E=mc²来计算。由于核聚变反应需要的原料丰富,且反应产生的中子辐射性小,相比传统的核裂变反应堆,核聚变电站被认为更加安全环保,是未来理想的新型能源。
在可控核聚变技术中,目前被认为最前沿的技术主要包括磁约束聚变技术和惯性约束聚变技术。
磁约束聚变技术利用磁场来约束高温的等离子体,并使得其中的核粒子在足够高的温度和压力下产生聚变反应。托卡马克是一种最常见的磁约束聚变装置,它通过磁场将等离子体限制在一个磁力线环中。近年来,托卡马克装置已经实现了较高的等离子体温度和压力,并且在其运行中实现了能量增益,即产生的聚变能量超过了驱动等离子体所需的能量。
惯性约束聚变技术则是通过其他方式如激光或粒子束来压缩目标(主要是氘和氚的混合物),使其达到聚变所需的温度和压力。这种技术的一个重要实验装置是美国的国家Spherical Torus实验装置(NSTX),它能够在较高的等离子体密度下实现高约束模式的运行。
在这些技术中,实现高约束模式运行是一个重要的技术突破。高约束模式意味着在聚变反应中,能够以更高的效率约束等离子体,从而提高反应的输出功率,这对于实现可控核聚变的商业化和经济性至关重要。
中国在可控核聚变领域也取得了显著进展,例如中国环流三号(EAST)实验装置就实现了100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,标志着我国在磁约束核聚变装置的运行水平上迈入了国际前列。