密度不够 温度来凑 托卡马克装置内部为何热过太阳

  在地球上开展的一些可控核聚变研究的等离子体密度只有太阳芯部密度的约千亿分之一,因此必须将等离子体加热到上亿摄氏度高温,才能使聚变反应的发生几率获得较大提升,以便利用少量的聚变燃料就能产生足够多的聚变能量。
  3月15日,ITER(国际热核聚变实验堆)中国氦冷固态实验包层系统首个项目在中核集团核工业西南物理研究院启动,标志着我国在ITER上开展产氚技术测试进入具体实施阶段。在之前不久,由江西省科研人员自主设计、制造及运行的“人造太阳”实验研究装置——我国首个可实现压缩融合启动等离子体电流的球形托卡马克装置(NCST)正式投入运行并实现首次成功放电。
  江西省聚变能与信息控制重点实验室博士钱玉忠介绍,球形托卡马克装置内部安装有两个上下对称的极向场线圈,是我国首个可利用压缩融合方式启动等离子体电流的球形托卡马克装置。江西省将围绕球形托卡马克装置模拟太空辐照环境的特性,积极开展交叉应用研究。
  托卡马克是什么原理,为什么能够释放巨大能量?随着托卡马克核聚变装置研究频频传来喜讯,我们距离彻底掌握可控核聚变的奥秘还有多远?

1.克服库仑排斥力是关键
  正如我们已经了解的,核能的释放通常依托核聚变和核裂变两种方式进行。
  核裂变是将较重的原子核分裂为较轻的原子核并释放能量。二十世纪五十年代初,苏联建成了世界上首座核电站,成功实现了基于核裂变的核能和平利用。
  核聚变是将较轻的原子核聚合反应而生成较重的原子核。这个过程伴随着质量损失,根据爱因斯坦质能方程E=mc2,损失的这部分质量会转换成巨大的能量。以目前地球上最容易实现的氘氚聚变反应为例,每公升海水可提取的氘(约0.03克)通过聚变反应可释放出相当于燃烧300公升汽油产生的能量。
  然而,由于原子核间均带有正电荷,其相互间受库仑排斥力作用,原子核间距离越近,这种排斥力就越强。只有当相向运动的两个较轻原子核具有足够高的能量时,才能克服库仑排斥力,使得彼此靠得足够近,以便让短程核间吸引力发挥主要作用,最终聚合为一个较重的原子核,并释放出高能量的中子。
  相较于核裂变,在地球上要实现核聚变反应,条件非常苛刻。首先要达到上亿摄氏度高温;还要让燃料维持足够高的密度,以提高原子核之间碰撞并发生核聚变反应的几率;此外,高温高密度条件必须维持足够长的时间,才能让核聚变反应得以持续进行。

2.通过磁约束核聚变释放巨大能量
  作为地球生命赖以生存的能量来源,太阳内部随时在进行核聚变。在这一反应过程中,其中心温度只有1500万摄氏度左右。然而在实验室实现可控核聚变,温度却需要达到1亿摄氏度以上。二者为何会有这么大的差异?
  中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如解释说,太阳的巨大质量导致其具有强大的引力,太阳正是靠这种强大引力约束高温的燃料离子,来实现核聚变反应。
  此外,虽然太阳芯部的温度只有1500万摄氏度左右,离子通过碰撞发生聚变反应的几率比1亿摄氏度条件下聚变反应的几率要低得多,理论上在太阳内部单位质量的燃料发生聚变的反应率极低,平均1吨太阳物质只能产生瓦量级的功率。但因为太阳质量非常大,即便发生聚变反应是小概率事件,总体上太阳内部产生的核聚变反应及能量仍非常可观。
  目前,在地球上开展的一些可控核聚变研究的等离子体密度只有太阳芯部密度的约千亿分之一,因此必须将等离子体加热到上亿摄氏度高温,才能使聚变反应的发生几率获得较大提升,以便利用少量的聚变燃料就能产生足够多的聚变能量。
  以托卡马克为代表的磁约束核聚变是可控核聚变的一种。这一装置利用通有大电流的线圈,在环形真空室内产生强磁场。大量温度超过1亿摄氏度、在高温下电离成由电子和离子组成的等离子体的燃料将沿磁力线做回旋圆周运动,磁场越强回旋圆周运动的半径越小。通过这种方式可将高温等离子体长时间地约束在具有强磁场的环形真空容器内,并且不跟真空室器壁直接接触。在这种极端条件下,燃料离子将发生聚变反应并释放巨大能量。
  磁约束核聚变产生的能量主要通过高能量的α粒子和高能量的中子释放出来。其中,高能量α粒子所携带的能量主要用于加热聚变燃料,以维持聚变反应所需的上亿度的高温,而高能量的中子则在环绕真空容器内的包层部件中被慢化,其能量沉积在包层内,并通过热交换的方式由介质将能量导出,把热能输送到装置外部,最后通过汽轮机将热能转化为电能,输送到外电网中以提供能源。

3.为ITER实验运行积累经验
  随着目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一——ITER计划的启动,磁约束聚变研究已经从原理探索、大规模实验逐步迈入到反应堆工程物理实验阶段,预计本世纪中叶将实现聚变能源的应用。
  ITER是国际上首个反应堆规模的核聚变实验研究设施,也是各国聚变能发展路线图中的关键设施。目前国际上正集中力量完成ITER采购包等任务,并保障资源,确保ITER的成功建设与运行。
  现阶段,国际上一方面利用现有的磁约束聚变研究装置,开展聚变等离子体物理、运行及相关技术研究,尤其是与ITER相关的一些先行物理实验及有关技术研究;另一方面正在积极谋划并开展未来聚变堆关键技术的研发。
  我国现有的主要磁约束聚变研究装置包括已运行多年的中国环流器二号A装置与EAST两大托卡马克装置,以及华中科技大学的J-TEXT、清华大学的SUNIST、中科大的KTX等实验研究装置。它们均为我国参加ITER建设及为聚变研究领域培养人才作出了贡献。
  2020年我国建成的规模大、参数高的先进托卡马克装置中国环流器二号M装置(HL-2M),采用了更先进的结构与控制方式,可实现高密度、高比压、高自举电流运行,特别是具备在兆安级等离子体电流条件下实现多种先进偏滤器位型的独特能力。
  “我国将充分利用这些装置,为ITER实验运行积累经验,掌握相关技术,锻炼和培养人才队伍,为我国深度参与ITER计划及未来自主设计建造聚变堆提供重要的技术支撑。”段旭如说。

秦时明月后续剧情猜测,四小只即将分开,田言还有很多戏份

《秦时明月》第六部上篇完结,熬了那么久的农家线终于结束了,就在四小只所在的蜃楼线将要上线的时候,竟然又停更了,虽然等第六部等了这么久,但是官方似乎也没有做好万全的准备,一开始说的第六部有36集看来也不是很准确了。

在这之前,官方还放出了第七部“亡秦必楚”的海报,天明和少羽已经是长大后的样子,本以为会像隔壁《斗罗大陆》那样开始全年不断更,结果没想到断的这么突然。
可即便这样,在沧海横流的最后一集,还是给出了很多信息,后续剧情的框架已经有了。

01四小只即将分开

蜃楼上的四小只自从第五部下线之后,就一直没有消息,然后开始了“食之无味弃之可惜”的农家线,原本的武侠剧硬生生改成了一部历史剧。
现在农家故事结束,剧情将回归蜃楼和儒家,蜃楼上的天明和少羽都得到了历练,白凤和盗跖也已经前往搭救他们,蜃楼线牵扯到的是阴阳家和苍龙七宿的秘密,《秦时明月》从一开始就围绕苍龙七宿展开,由于在农家停留太久,很多人已经快要忘了这回事。

蜃楼上的四小只各有不同的际遇,天明又增加了东君的功力,现在有老者帮他掌握身上的强大力量,少羽眼睛暂时出了问题,接下来会有奇遇让他“目生双瞳”,石兰找到了自己的哥哥,月儿也将脱离月神的控制,恢复理性。
接下来少羽和天明将会走出两条不同的路,少羽走的是霸王之道,回去找风林火山,开始武力伐秦,天明回到墨家,继续贯彻侠义之道,救济天下苍生。
到第七部“亡秦必楚”之前,天明和少羽还要经历很多事情,各自成长,才能算是真正的长大。

02田言还有很多戏份

在《秦时明月》第五部之前的剧情中,天明身份特殊,与阴阳家、墨家、儒家、纵横家、大秦都有很深的渊源,可以说是让整部动画所有剧情联系在一起的一个关键枢纽。

随后天明下线,盖聂成了联系众多盟友的枢纽,现在农家故事结束,田言又成了这个关键枢纽,农家十万弟子是反秦势力的主要组成,田言必然有着非常重要的戏份。
现在田言除了是农家的侠魁,还是罗网的惊鲵,儒家颜路的好友,接下来的儒家线,必定会有田言的参与。
从目前剧情对田言的人物设定来看,她所做的一切是为了母亲,而母亲能够活到现在,又与颜路的师父有很大关系,所以儒家有难,田言一定会尽可能地帮忙,大家最终的目的既然是相同的,立场问题也就不是太大的问题了。

儒家在这次纷争中,必定会损失严重,好在卫庄和张良交好,田言和颜路有联系,有了流沙和农家的介入,儒家会保留一些实力,不至于一蹶不振。
03更多分线并行

如果按照《秦时明月》第五部之前的剧情来看的话,一直是多条分线并行推进的,很少会出现四小只这样下线太久的情况,除了儒家线、蜃楼线的故事,还有道家的天人之争、北疆的公子扶苏、墨家的青龙计划以及帝国的始皇东巡。

最终这些线如何巧妙的聚合在一起,是很考验编剧实力的一件事,当初天明和盖聂逃出大秦,也没想过后面会牵扯出这么多家的故事,一时不知从哪里开始说起,如果都按照农家的剧情节奏走的话,越往后越难收回来。
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【于杰来我市调研】
3月7日至8日,省委常委、宣传部长、省委教育工委书记于杰就基础教育、高等教育、新时代文明实践中心、黄河口国家公园建设、文化旅游等工作来我市调研。省教育厅党组书记、厅长邓云锋,省文化和旅游厅党组书记、厅长王磊,市委副书记、市长陈必昌,市委常委、宣传部长、市委教育工委书记于红波,副市长刘美华、韩利学,副市长、市公安局局长戚思宇分别参加有关活动。

在广饶县,于杰参观了刘集支部旧址和《共产党宣言》纪念馆,到兴安小学调研并召开座谈会,对东营市和广饶县教育工作取得的成绩给予充分肯定。他指出,要坚持教育公益性原则,加大政府投入力度,着力构建优质均衡的基本公共教育服务体系。要加强党对教育工作的全面领导,广泛开展党史、新中国史、改革开放史、社会主义发展史宣传教育,传承红色基因,弘扬革命精神,让红色基因、革命薪火代代传承。抓好基层基础工作,坚持教育硬件投入和软件投入“两手抓”,在干部队伍建设、家校合作共育等方面下功夫,办好人民满意的教育。

于杰还来到广饶街道国安社区新时代文明实践站,察看了实践站工作运行和服务群众情况。他指出,要进一步增强文明实践中心的思想性、引领性、群众性,进一步推进基层公共服务资源的整合、融合、聚合,进一步做到志愿服务的精准、联动、可持续,汇聚志愿服务力量,扩大服务覆盖面,不断推动新时代文明实践活动走向深入。

在山东石油化工学院,于杰深入了解该学院和中国石油大学(华东)研究生院规划布局,察看了校园环境、教育设施和办学情况。他指出,要进一步完善未来建设发展规划,优化学科专业设置,加强师资队伍建设,深化产教融合,有序推进改造建设、修缮维护、环境整治等工作,努力打造现代化一流大学和研究生院。

在黄河三角洲国家级自然保护区,于杰实地察看了湿地修复、黄河文化旅游带建设情况。他指出,要扎实做好黄河口国家公园建设前期工作,强化部门协同、上下联动,推动各项任务落到实处。坚持生态优先,加快实施生态保护项目,不断改善湿地生态功能,提升生态保护水平。深入挖掘黄河文化内涵,科学开发旅游资源,培育新业态、新动能,推动文旅产业高质量发展。(记者:文/王俊杰 图/周广学)


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