核聚变|核聚变中心超过1亿℃,地球上有什么东西,能承受这个温度的?


核聚变|核聚变中心超过1亿℃,地球上有什么东西,能承受这个温度的?
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自从人类掌握了钻木取火的技术之后 , 人类告别了茹毛饮血的原始社会 , 开启了文明之旅 。 随后电能的利用 , 让人类走进了“电气时代” , 社会开始了变革 。 1945年美国一片沙漠中传出一声巨响 , 人类的第一颗原子弹爆炸 , 让文明迈入了“核能时代” 。
纵观历史 , 人类的每一次进步 , 都与能源的利用脱不开关系 。 21世纪的今天 , 人类依旧没有摆脱能源问题 。 科学家们一直在寻找人类进步的钥匙 , 就在前几天 , 我国的一则消息 , 让世界震惊 。
我国核聚变取得了重大突破 , 中国的“人造太阳” , 在1.2亿摄氏度下 , 成功“燃烧”101秒!这意味着核聚变这种不可控的能源 , 正在向可控的能源应用方向前进 。 当我们掌握核聚变时 , 人类将迎来新一轮的变革 。
小编听到消息之后十分的兴奋 , 为祖国的伟大感到骄傲 。 但同时 , 也对一个问题感到了疑惑:什么东西能够承受住这1.2亿摄氏度的高温?
1.2亿摄氏度的高温
核聚变的原理 , 相信看过科普视频的朋友应该都知道 , 我就不赘述了 。 核聚变堆的原理和太阳发光发热的原理差不多 , 只是核聚变堆要实现可控而已 。 虽然原理听起来简单 , 但是产生的问题却不好解决 , 比如温度问题 。
这次实现的是1.2亿摄氏度 , 保持101秒 。 1.2亿摄氏度是什么概念?标准大气压下水的沸点是100℃ , 人能承受的最高温度是120℃左右 , 地球上熔点最高的金属是钨 , 能承受3410℃的高温 , 这已经是地球上单质耐热的极限了 。
就算是太阳表面 , 也仅仅只有5500℃ , 最核心也只不过1500万℃ , 我国EAST 装置则创造出了1.2亿℃的高温 , 是太阳核心的8倍 。 地球上的任何单一物质 , 都会在一瞬间灰飞烟灭 。
那究竟是什么样的装置能够承受这个高温101秒呢?
如何承受1.2亿℃高温
想要承受1.2亿℃的高温 , 物质直接接触肯定是不行的 , 所以科学家们创造出了托克马克装置 , 将这些超温等离子体利用磁场约束吊在真空中 , 这样就能避免装置直接接触1.2℃的高温 。
不过这只是第一步 , 中心的1.2亿℃虽然解决了 , 但散发的热量依旧很高 , 就像太阳核心和太阳表面 , 没有材质能承受核心的温度 , 也很少有材质能承受表面的温度 。
下一步我们要解决的 , 就是表面温度的承受问题 。 其实科学家们也找到了解决方法 , 这类似于我们用蜡烛去烧装满水的纸杯 。 虽然火焰的温度远高于纸杯的燃点 , 但散发的热量瞬间就被水给吸收了 , 所以纸杯能安然无事 。
同理 , 核聚变堆里的等离子体温度 , 和面向等离子体材料的温度是不一样的 。
材料能承受多高的温度 , 主要取决于两点:材料的散热速度 , 以及材料所能承受的热流密度(单位时间内单位面积所能承受的热量) 。
散热的速度越慢 , 吸热的速度越快 , 材料自身的温度也就越高 , 反之亦然 。
【核聚变|核聚变中心超过1亿℃,地球上有什么东西,能承受这个温度的?】
核聚变堆里的等离子体温度虽然很高 , 但密度不大 , 所以托克马克装置吸收热量的速度并没有想象的那么夸张 。 并且 , 面对等离子体高温的部件 , 都是些导热率很高的材料 , 在它们后面以及一些受热的关键部位 , 是有水冷或者氦冷来辅助散温的 。
通过科学家的智慧 , 我们成功找到了抵挡1.2亿℃的办法 。
新材料的发展虽然我们找到了可以短暂抵挡1.2亿℃的办法 , 但并没有彻底解决这个问题 , 嗑技君认为 , 想要攻克核聚变的难题 , 还需要一段时间 。 最重要的是 , 需要基础科学实现新的突破 , 才能带动核聚变技术的前进 。