【科学讲座】李建刚谈磁约束聚变——人类未来理想的战略能源

  • 文/王华阳 图/包浩然 (本科部)
  • 创建于 2017-03-09
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2017年3月7日晚七点,科学前沿进展名家系列讲座Ⅱ在中国科学院大学玉泉路校区礼堂如期举行。本次讲座的主讲人是中国工程院院士、中国科学院等离子体物理研究所李建刚研究员。他以“磁约束聚变——人类未来理想的战略能源”为题,深入浅出,为同学们介绍了核聚变发电的发展状况和前景。

首先,他用科幻电影里的终极能源——聚变能为引子,向我们介绍了能源问题。在人类的发展历史上,化石能源仅仅是人类历史很小的一段时间。但这却带来了很大的问题——能源短缺和环境污染。而想解决能源问题,人们想了很多办法,但最好的方式还是想到了太阳——人造太阳,用核聚变去发电。为什么选择核聚变发电?答案很简单,因为核燃料原料来源广泛,可产生巨大的能源。然而安全问题仍旧不可忽视。日本福岛核电站事件发生后,大家对核电站问题是不可不谓充满了担忧。但李院士说,其实海啸加地震,是多么小概率的事。最可怕的是什么——恐怖分子袭击。与裂变不同,在托卡马克里的可控聚变的产物十分安全,且聚变条件十分苛刻,条件被破坏,反应马上停止。李院士幽默地说:“把核电站建到市中心,让他们随便炸!”那么为什么这么好的能源没有投入使用呢?我国在原子弹爆炸后10年左右就有了裂变核电站的技术,但氢弹爆炸后50年了,为什么还没有可控的聚变核电站呢?用李院士自己的话说,“不是科学家不够聪明,是这个实在是太难了。”

接着,李院士就这项技术的难点问题——磁约束对我们进行了介绍!而这里就用到了前苏联人涉及的一套装置——托卡马克。而约束等离子体的三种方法中,想要用来发电,在地球上最有效的就是磁约束。这里边的问题有很多,比如强磁场问题——怎么产生强磁场?用很大的电流去产生强磁场,而产生很大的电流需要消耗很大的能量,为了减少能量消耗的条件下产生强磁场,就必须采用超导。而目前做到的超导只能是在低温4K左右,而这又和我们的上亿度的聚变反应似乎矛盾?李院士他们在中国的“东方超环”中,用七层真空和磁悬浮,利用了热量传播中的热辐射原理,实现了温度从上亿度到零下269度的变化。李院士以他独有的风趣的风格,使同学们从表观深入问题的本质。在讲座中,为了说明这项技术的难点,院士向同学们举了很多其他我们较为熟悉的例子作比较。其中有一个涉及到核聚变反应容器的材料时,他说:神六、神七在最后降落地球之前有一段时间,外边温度非常高,他们的材料就需要隔热,让热量传不到内部。但我们的材料是要求高热导的,要求快速传播热量,难度上更大。这样一对比,对材料的特性和研究难度一下子就清晰起来。

然后,李院士用实例告诉了我们这样一个事实——大科学装置的发展往往能对技术的进步作出巨大的贡献,并且可以用来提高我们的生活水平。在我国参加ITER之前,某种线圈的材料我们这么多年来一共只能生产36公斤。而这一个线圈就要150吨这种材料。在参加这样计划后,我国的一家公司掌握了这项技术,年产量50吨到250吨。关于这种材料的用途,李院士这样解释道:它不仅可以用到核磁共振上,它还可以用来代替战斗机原来几个月一换的支架,使更换周期变成三年,提高了军事战斗力。聚变技术的应用中,精确超导质子可以用来治疗癌症。它比传统治疗技术中的不分敌我杀死全部的细胞更具优势,因为他可以精确杀死癌细胞。这项技术中的一部分,在经过改进后,价格可能有20万一次降低到5000元一次。这样的例子有很多,科学的发展确实是有用的。

当然,核聚变发电是国际合作的一个代表。提到这里,李院士讲起了一个故事——就在美苏冷战时候,古巴导弹危机事件前后,美苏两国领导人竟然在一起商讨搞这个核聚变发电的研究。这就是ITER的由来。搞核聚变研究的科学家们也说:这个东西太难了,我们不管成功还是失败,一定要把我们的研究公布出来,公开研究。罗马教皇对这个也是十分的支持他认为这是人类社会进步的体现。每次在罗马开核聚变的相关国际会议他都要出来的接见。科学家有国界,但科学是无国界的。

在讲座最后,李院士静静地说,“第一个核聚变发电站要建在中国”。虽然院士讲这句话的时候语气平淡,但同学们却能够感受到院士言语背后无声的力量,未来的每个属于中国的“第一”都把握在同学们手中。

李建刚院士精彩报告

主讲人简介:

李建刚,中国工程院院士,理学博士,中科院等离子体物理研究所研究员,中国磁约束聚变专家委员会召集人,《plasma science & technology》主编。曾任中科院等离子体物理研究所所长、中国科技大学副校长、中科院合肥物质科学院副院长。获国家科技进步一等奖两项,何梁何利奖、全国杰出专业技术人才奖、安徽省杰出成就奖、科技进步奖一等奖两项,德国赫尔母兹杰出成就奖、华人物理协会杰出贡献奖等。在国内外高级别的刊物上发表学术论文三百余篇,在国际各类聚变等大会做过综述、特邀、总结等报告50余次,发明专利十余项,专著两部。

延伸阅读:

“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。

责任编辑:蔡宁宁