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原子核图片前沿信息_原子核图片实拍(2024年12月实时热点)

内容来源：好望角图库所属栏目：教程更新日期：2024-12-03

原子核图片

「自然简报」【撞击原子核展示其形状】一种新的成像方法通过捕捉高能碰撞中的原子核撞击，帮助物理学家进一步了解了它们的形状。原子核有多种形状，有时很难预测：有些是稳定的，有些在几种形状间涨落。物理学家Jiangyong Jia表示，这种新方法记录了碰撞产生的成千上万个粒子的动量，并将结果与模型进行匹配，以“倒推时间，推测原子核的形状”。《自然》新闻：Smashing atomic nuclei together reveals their elusive shapes网页链接《自然》论文：Imaging shapes of atomic nuclei in high-energy nuclear collisions网页链接在纽约的布鲁克海文国家实验室，“相对论重离子对撞机”（RHIC）团队先让两束铀-238射束相撞，再让两束金射束相撞。图片来源：Science History Images/Alamy

32年前的网站长啥样？带你一探究竟 32年前，世界上第一个网站正式上线，它是什么样子的？通过在Google搜索引擎中输入「世界上的第一个网站」，你会看到什么网站呢？让我们一起来探索这个历史性的网站。 𐟌 访问Info.cern.ch网站，你会发现一个非常简洁的页面，没有任何图片，只有四个链接。这个网站是由欧洲原子核研究会（CERN）粒子实验室的万维网之父提姆ⷦŸ纳-李在1991年8月6日正式开通的。 𐟓š 通过这个网站，你可以更深入地了解万维网的概念、它的用途和功能、如何使用网页浏览器以及如何创建网站服务器。此外，你还可以体验使用文本模式仿真器浏览第一个网站的样子。 𐟔 探索这个网站，仿佛穿越到了互联网的起源时代，了解那个时代的科技发展和创新。这是一次充满历史意义的网络之旅。

3.2 原子结构与相对原子质量详解 𐟎“ 初三化学第三单元课题二：原子的构成 𐟔 原子结构：原子由原子核和电子组成。原子核位于原子的中心，由质子和中子构成。质子带正电荷，中子不带电。电子在原子核周围运动，形成电子云。 𐟓Š 相对原子质量：相对原子质量是指以一种碳-12原子质量的1/12作为标准，其他原子的质量与它相比所得的值。相对原子质量是一个比值，不是质量本身。 𐟌𐠧交𞋯𜚊例如，钠（Na）的相对原子质量约为23，表示钠原子的质量大约是碳-12原子质量的23倍。 𐟓š 教材分析：课本表格中给出了各种元素的质子和中子数量，以及它们的相对原子质量。通过这些数据，我们可以总结出一些规律和关系。 𐟎•™学目标：理解原子的构成和相对原子质量的概念。掌握相对原子质量的计算方法。能够运用相对原子质量解决实际问题。 𐟓 课后练习：课后练习题和作业题，帮助学生巩固所学知识。 𐟓– 教学设计：通过生动的图片和动画，帮助学生理解原子的结构和相对原子质量的概念。在讲解过程中，引导学生举例说明，增强学生的理解能力和学习兴趣。增加板书内容，方便学生记录和复习。 𐟌Ÿ 教学亮点：通过实验和动画演示，让学生直观感受原子的结构和性质。通过举例和计算，帮助学生理解和掌握相对原子质量的计算方法。通过课堂互动和讨论，提高学生的思维能力和解决问题的能力。

每日科技名词|国际热核实验堆来源：全国科学技术名词审定委员会国际热核实验堆 international thermonuclear experimental reactor，ITER 定义：国际原子能机构支持的超大型国际合作研发的实验性聚变堆项目，预计2020年在法国建成后，除集成验证先进托卡马克运行模式和稳态燃烧等离子体的科学规律外，还将验证聚变反应堆的工程技术问题。学科：电力_核电相关名词：空间核电源加速器驱动次临界反应堆系统供热反应堆图片来源：视觉中国【延伸阅读】人类正在努力开发下一代发电技术——核聚变发电。目前，三十多个国家参与合作（中国是七个主要成员方之一）的大型核聚变实验装置——国际热核实验堆（ITER）正在法国南部建设。国际热核实验堆装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克。对于托卡马克来说，装置越大，等离子体的性能越高。为了利用这一特性，国际热核实验堆是一个主机直径和高度各约30米、重量约2.3万吨的巨大装置。国际热核实验堆预计于2025年开始运行。截至2021年6月，已经建设完成了总工程的75%左右。各国分工制作的共超过100万个部件陆续运到，正在进行组装。国际热核实验堆的目标主要有两个。一个目标是，核聚变产生的能量达到加热等离子体所需能量的10倍。在核聚变反应堆里，维持核聚变反应是需要消耗能量的。如果产生的能量不能充分地超过所消耗的能量，就难以达到实用的目的。因此，等离子体的自热非常重要。核聚变反应产生中子和氦原子核后，中子会离开磁场线，而氦原子核仍会被约束在磁场线的“笼子”中。利用这些氦原子核的能量给等离子体加热，就是自热。自热可以有效地让核聚变发生并维持。国际热核实验堆的目标是，通过提高自热效率等措施，在投入5万千瓦能量的基础上，能够输出50万千瓦。不过，国际热核实验堆只是一个实验堆，没有发电功能。如果实现了产生足够能量的目标，接下来就会建设以实用为前提进行综合验证和发电的聚变示范堆（DEMO），之后才会建设实用堆。国际热核实验堆的另一个目标是，整合核聚变所需的各种技术，并验证其有效性。核聚变反应堆在技术上难度非常高。让等离子体的温度超过1亿摄氏度的同时，用于产生磁力、约束等离子体的超导线圈则需处于-269℃的极低温——只有这样，线圈才能产生极强的磁场。还有，在这样极端环境下运转的巨大装置的零部件，必须以毫米级的精度进行组装。在如此极端条件下的如此巨大的装置，进行如此精密的组装，是前所未有的。它不仅对零部件的质量要求非常严格，还需要各个领域的通力合作。网页链接

AI能得诺贝尔奖，当然不是浪得虚名的网页链接中国科学家利用神经网络技术加速等离子体参数预测原创 CNF 可控核聚变 2024年10月10日 08:02 上海图片点击可控核聚变关注并星标每天与你一起关注核聚变最前沿资讯图片 10月8日，PHYSICS ORG报道了一则令人振奋人心的消息：中国科学院合肥物质科学研究院的研究团队在核聚变领域取得了重要进展。研究成果被发表在了《Nuclear Fusion》杂志上。他们利用深度神经网络（DNN）和卷积神经网络（CNN）对X射线晶体光谱（XCS）数据进行分析，实现了对离子温度和旋转速度的快速预测。这项技术的应用不仅提高了预测的准确性和速度，还为核聚变研究提供了可适应、自动化的解决方案。图片图释：使用频谱数据进行神经网络训练的工作流程。图片来源：林子超核聚变，这个看似遥不可及的概念，实际上与我们的日常生活息息相关。它模仿了太阳内部的核反应过程，通过将原子核在极高的温度和压力下融合，释放出巨大的能量。如果人类能够掌握并控制这一过程，那么将获得几乎无穷无尽的清洁能源。实现核聚变的关键之一是精确控制等离子体的行为，特别是离子的温度和旋转速度，这两个参数对等离子体的稳定性和性能至关重要。然而，快速而准确地测量这些参数一直是核聚变技术中的一个挑战。在这项研究中，科学家们采用了X射线晶体光谱技术来收集数据。XCS技术通过分析X射线与等离子体相互作用产生的光谱，可以间接推断出等离子体的物理特性。但是，传统的XCS数据分析方法既耗时又复杂。这时，神经网络技术的优势就显现出来了。研究团队开发了两种模型：DNN和CNN，这两种模型都能够实时计算并预测结果。经过验证，这些模型的预测结果与实际数据非常接近。 DNN模型的一个显著成就是其预测速度。它比传统方法快了10倍以上，同时保持了极高的准确性。这不仅意味着我们能够迅速获得预测结果，还能自动评估输入数据的范围和误差，为未来更智能的诊断系统打下了基础。 CNN模型则成功预测了线积分旋转速度剖面和局部径向离子温度剖面，证明了其在实际应用中的可靠性。这个模型不仅适用于当前的研究，还能适应各种诊断系统，显示出广泛的应用潜力。这项研究的重要性在于，它不仅提高了预测离子温度和旋转速度剖面的准确性和速度，还为核聚变研究提供了一种可适应、自动化的解决方案。对于我们普通人来说，这些技术细节意味着我们离实现可控核聚变的目标又近了一步。此外，这种技术的应用可以显著加快核聚变实验的进程，节省大量的时间和资源。从物理学的角度来看，核聚变研究是一个多学科交叉的领域，它涉及到等离子体物理、磁流体力学、材料科学等多个学科。神经网络技术的应用为这些领域的研究提供了新的工具和方法。例如，等离子体的稳定性是一个复杂的问题，它涉及到多种物理过程的相互作用。通过神经网络，我们可以更快地模拟和预测这些过程，从而更好地控制等离子体的行为。此外，这种技术还可以应用于其他领域，如天体物理学、材料科学等，为这些领域的研究提供了新的视角和方法。这项研究展示了人工智能在核聚变研究中的潜力，为我们打开了新的研究之门。随着技术的不断进步，我们有理由相信，人类实现可控核聚变的梦想将不再遥远。论文链接：网页链接参考链接：网页链接推荐阅读：美国橡树岭国家实验室建立AI模型数据库，为核聚变设施寻找新合金普林斯顿大学用AI算法巧妙解决聚变等离子体的边缘不稳定性

核磁共振的原理是什么 𐟛€核磁共振是一种重要的物理现象和医学诊断技术，其原理基于原子核在磁场中的特性。𐟓튥ŽŸ子核由质子和中子组成，其中许多原子核具有自旋的特性，就像一个微小的磁体。在没有外加磁场时，这些原子核的自旋方向是随机的。当把样品置于一个强大的均匀磁场中时，原子核的自旋轴会按照磁场的方向进行取向。此时，原子核可以处于两种不同的能量状态，一种与磁场方向相同，能量较低，另一种与磁场方向相反，能量较高。如果向样品施加一个与磁场方向垂直的射频脉冲，当射频脉冲的频率与原子核在磁场中的振动频率相同时，就会发生共振现象。原子核会吸收射频脉冲的能量，从低能态跃迁到高能态。当射频脉冲结束后，原子核会逐渐释放所吸收的能量，并回到原来的低能态。这个过程中释放的能量可以被检测到，并转化为图像或数据。♋ 在做核磁共振检查的时候，也需要注意以下事项，才可以避免对身体健康造成影响：𐟥š 1、去除金属物品：检查前必须去除身上的所有金属物品，如手表、项链、耳环、假牙、金属纽扣、皮带等。因为强大的磁场会使金属物品飞射，造成危险，并且会干扰检查结果。如果体内有心脏起搏器、金属支架、人工关节等金属植入物，需要提前告知医生，因为在某些情况下可能不适合进行核磁共振检查。𐟑ƒ 2、告知身体状况：向医生详细告知自己的健康状况，包括是否怀孕、是否有幽闭恐惧症、是否曾接受过其他手术或有药物过敏史等。𐟔” 如果近期做过其他影像学检查或治疗，也应提供相关信息。𐟌𗊳、检查过程中的配合：在检查过程中，需要保持身体静止，按照医生的指示进行呼吸。检查时间可能较长，有时需要20~30分钟甚至更久，要有耐心，避免随意移动。𐟌ˆ 𐟍核磁共振有可能会给身体带来一些危害，但是这些危害通常是比较轻微的，具体的危害可以看一下图片上的内容，如果还有什么其他的问题都可以在评论区留言。♋ #核磁共振#

0.JPG 关注我，开启你的幸运之旅！点赞评论，好运与你常相伴！祝你财源广进，万事如意！在这浩大的世界中，有着许多让人瞠目结舌的事情，而在历史的长河里，广岛和长崎的核爆炸事件，无疑就是最令人心痛且值得深思的事件之一，听闻“核弹”这个词，很多人可能会感到一阵寒意，这不仅仅是冷酷的武器，更是改变了数以万计生命的沉重代价，那么，为什么会有“核弹爆炸100年不能住人”的说法？而广岛又是为何在仅仅五年后就能够重新焕发生机呢？带着这些问题，我们一起来探讨一下 1.JPG 图片来源于网络关于核辐射，听起来就让人心里发毛，这些年网络和影视作品中的描绘，常常让人觉得，核辐射就像无形的鬼魅，只要一沾上就必死无疑，核辐射这个东西真的是这么可怕吗？咱们先从基础知识说起，核辐射究竟是什么呢？简单来说，核辐射是指原子核的某种变化所释放出来的能量，这能量通过电磁波或粒子流的形式传播，美国在1945年向日本投下的两颗原子弹，分别是“小男孩”和“胖子”，这两颗炸弹的威力之大，简直让人无法想象发生在广岛和长崎的事情，简单来说，就是那一天，城市中心一瞬间变成了人间地狱，无数人被瞬间蒸发，留下的只有扭曲的建筑和痛苦的呻吟声，广岛和长崎的情况并不相同，在核爆之后，广岛经历了如何的重建历程，是值得我们仔细琢磨的 2.JPG 图片来源于网络核爆之后，城市能否重建，除了核辐射的水平外，还有许多因素的影响，广岛所经历的重建过程，让很多人感到惊讶，在核爆后，虽然市民面临着极大的生存困境，但怀着求生的意志，他们聚在一起，重新搭建起自己的家园，而这一点，正是让广岛在短时间内恢复生机的根本原因在这个过程中，广岛市政府采取了一系列积极措施，政府迅速实施了针对核辐射的救助方案，专门设立了医疗小组，为遇难者提供理疗和心理辅导，许多人可能不太了解，当时医护人员甚至考虑到了核辐射可能对身体产生的长远影响，为后来的治疗和跟踪打下了基础 3.JPG 图片来源于网络与此恢复工作并非一帆风顺，很多人认为，广岛受到核辐射的影响，不仅仅是表现在物质的毁坏，更重要的是人们内心的恐慌和不安，大家都知道核辐射的威胁存在，这对很多人来说，是令人心神不宁的未来预期，但出乎意料的是，广岛的市民表现出极强的重建意愿，团结一心，齐心协力重塑自己的家园说到这里，我们得考虑一个问题，那就是对于核武器本身的影响，我们所知，核武器的存在，确实让人畏惧，但我们是否该思考它背后的更深层次的意义呢？不少人认为，核武器的真正威胁在于其对人类生存的挑战以及我们对战争的态度，广岛和长崎之后，很多国家开始反思核能的使用与扩散 4.JPG 图片来源于网络当我们回顾历史的时候，不妨也看看这些年来，和平与战争之间是怎样的一种微妙关系，核武器在给人们带来无边恐惧的也成为了推动和平、反对战争的一个重要基础，很多人开始在反对核武器的典型案例中，看到自身的价值与责任，正如某位艺术家所言，“我们要用和平的方式解决争端，而非用核武器来威慑彼此” 在这个讨论中，核能和平的应用和可持续发展尤为重要，大家可能会问，那核能的和平利用是什么？在科学技术发展的今天，核能不仅可以用来制造武器，还是进行发电的一个有效途径，甚至在一些科技型国家，核能工程的进步已经开始为人类提供稳定的能源，很多人的生活逐渐依赖这些技术的便利 5.JPG 图片来源于网络涉及核能的讨论中，我们也要面对一些现实问题，核电站的建设与运维，涉及到许多复杂技术，它们能不能确保安全，是我们不得不考虑的关键，而广大普通民众，自然是希望拥有一个安全稳定环境的，所以首先要做到的，就是加强核能设施的监督和管理，确保不会再出现任何意外随着社会的进步，人们对核能的认识逐渐改观，越来越多的国家开始注重核能的安全性与无害性，开始进行和平利用的探索，很多国家正在研究如何在环境友好、非人力风险的前提下，实现核能的应用，这意味着，核能不再被简单地视为杀戮的工具那么，结束这个话题之前，咱们再回过头来问问自己，核武器的存在到底是为了什么？是为了自我防卫，还是为了推动世界和平？或许，这些问题的答案会由历史来慢慢揭晓以上的内容并不全面，各种因素都相互影响，但希望能够带给你一个新的角度去理解核武器和核能的关系，结合历史和现实去探讨我们这一代人该承担的责任和任务在这个属于和平与希望的时代，我们不仅要记住历史的教训，更要为未来创造一个和谐的世界，这是每一个人都应该思考的事情，希望大家能够珍惜现有的和平环境，共同守护这个星球，结束这个话题前，我想说的一句话就是，我们要用更多的爱、宽容和理解来团结，而不是用武器去威胁彼此本文仅用于传播正能量，无低俗内容，如有侵权请联系删除。

做核磁共振成像检查对身体有伤害吗？答案来了 𐟌ˆ核磁共振成像检查以其独特的成像技术和无创的检查方式，成为了现代医学中不可或缺的一部分。然而，面对这项高科技检查，许多人心中难免会产生疑虑：做核磁共振成像检查对身体有伤害吗？现在，就给大家揭秘一下真相。 𐟔”首先，明确一点核磁共振成像检查，对身体通常是没有伤害的。这是因为核磁共振成像技术利用的是磁场和无线电波能量脉冲，而非电离辐射，因此不会对人体细胞产生损伤。在检查过程中，患者会被置于一个强大的磁场中，通过射频脉冲激发体内氢原子核的共振，进而获取身体内部结构和功能的详细信息。这一过程是完全无创的，患者不会感受到任何疼痛或不适。 ⭐核磁共振成像检查的目的是什么呢？让我们一起来了解一下吧。其目的在于提供高清晰度的人体内部结构图像，帮助医生诊断各种疾病。它能够清晰地显示软组织、血管、神经等细微结构，对于脑部、脊柱、关节、心脏等部位的病变检测具有极高的准确性。无论是脑部出血、动脉瘤、神经损伤，还是脊柱病变、肿瘤、心血管疾病，核磁共振都能提供关键的诊断依据，为医生的治疗决策提供有力支持。 𐟌ˆ在面对核磁共振成像检查时，我们无需过分担忧其对身体的影响，而是应该积极配合医生的检查建议，做好检查后的护理工作，护理方法可点击图片进行查看。让我们携手走进核磁共振成像检查的医学探索之旅，共同迎接更加健康、美好的未来！ #领航计划#

这个蓬头垢面的人是诺贝尔物理学奖得主杨振宁和李政道，在西南联大的老师赵忠尧，还是清华大学物理学教授。这张照片拍摄于1937年，这是赵忠尧从清华大学一路走到长沙，徒步了近1465多公里，整整一个多月的风餐露宿，夹杂在逃难的人群之中，一路向南。一路上他只穿了一双磨得只剩下几根破草的草鞋，尽管身体已经疲惫不堪、脚底被磨的血肉可见，他的信念都未曾被击碎，死死地护住藏在胸前的“半罐咸菜”。直到他终于看到站在长沙校门口等待他的梅贻琦校长，顿时热泪盈眶，冲上前紧紧的将他抱住，随后颤颤巍巍将“咸菜罐”递给梅校长。这罐咸菜里面藏着的是50毫克的镭石粉，这一丁点重的粉，对于中国来说意义非凡，它的存在关乎着一个国家的未来，这也是赵忠尧不惜一切代价，将它带回的原因。在确定镭石粉送回到国人手中，赵忠尧才安心的站在校门口，拍下这么一张照片，这一刻他的脸上才露出前所未有的轻松。赵忠尧与原子核大师卢瑟福分配到同一个实验室进行工作。期间赵忠尧发现了硬y射线的高能光子束，很大程度给了卢瑟福研究的启发，长时间的相处以及赵忠尧自身的实力，得到了卢瑟福的认可。当赵忠尧决定回国发展时，卢瑟福特地给他送了50毫克的镭石粉作为离别礼物，赵忠尧知道这份镭石粉对国家的重要性，尽管当时处于全球禁运镭石粉的时期。他还是选择冒着被他国逮捕的风险，想尽一切办法将镭石粉带回了中国。但还没有正式开始着手研究，1日本人的入侵让整个中国都发生了翻天覆地的变化，而北平也迅速沦陷，清华大学成为日本第一个侵占的地方。无数的学子只能被迫逃离北平，赵忠尧作为清华大学的任教，冒着被日本人逮捕的风险，护送着一批又一批的学生离开，当所有的学生都成功逃离后，赵忠尧与梁思成又返回了学校。因为在清华大学的实验室中，存放着那一小罐标志着中国“核武未来”的镭石粉。为了不让它被日本人发现，他与梁思成计划了一个缜密且冒险的计划，在晚上他们等日本人换防的空档，凭借着对学校地形的熟悉，从矮墙后翻入。日本人知道清华大学中存放着很多关于中国的“机密”，所以第一时间就对这里进行了封锁，为了万无一失，赵忠尧与梁思成在大学的灌木丛蹲了足足有三个小时。等到日本人再一次换班，他们才有机会抄小道进入实验室，最终取出了这50毫克的镭石粉。离开学校后，赵忠尧也没有掉以轻心，而是与梁思成分开行走，他伪装成乞丐的模样，将镭石粉放在一个仅剩半罐的咸菜里面。每次遇到日军检查，他都装疯卖傻的蒙混过关，期间好几次差一点被日军认出，好在赵忠尧意志坚韧熬过了日军的层层考验。最终走了一个月，才正式将这50毫克镭石粉带到长沙。而中国核武的开始，也正是从赵忠尧带回这50毫克镭石粉开始，赵忠尧院士是我们心目中当之无愧的“中国脊梁”！（图片素材来源于网络）

这篇报道有不少干货，世界各国对核聚变近年来投入很大，气氛变得乐观了许多中国力争引领全球核聚变领域 |《自然》长文中国力争引领全球核聚变领域 |《自然》长文原创 Nature Portfolio 自然系列 2024年11月01日 12:41 浙江原文作者：Gemma Conroy 图片位于中国合肥中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）的全超导非圆截面托卡马克核聚变装置（EAST）。图片来源：中国科学院等离子体物理研究所中国合肥在合肥的一个寒冷的二月早晨，中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）覆雪的场地安静异常。新年即将来临，城市中的大多数人都在准备庆祝龙年。而在研究所里，研究人员仍在紧张工作。在巨大的控制室内，天花板上镶嵌着红色霓虹灯星星，等离子体物理学家龚先祖正在驯服另一种自然伟力。龚先祖的“龙”是一台聚变研究反应堆：全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST，中文名为“东方超环”）。托卡马克装置是一种环状装置，产生的正是驱动恒星相同的核反应。它们利用磁场来约束加热的等离子体环——一种包含离子和电子的流体状物质状态，其温度比太阳核心还要高。其目的是使原子核发生聚变，释放能量。如果能够保持和控制这些炽热而不稳定的等离子体足够长的时间，这种能量就可以被用作几乎无限的清洁能源——这是一个尚未实现的壮举。控制不稳定的等离子体是艰苦的工作。每天，龚先祖和他的同事们从早晨到午夜要进行约100次等离子体的点火实验。相比之下，英国卡勒姆的联合欧洲托卡马克装置（JET）在去年关闭前曾是世界上最大的聚变研究设施，每天仅能进行20到30次点火。“我们几乎没有周末，也没有假期。”龚先祖说，他负责EAST的理论和实验操作。图片龚先祖（右）与ASIPP所长宋云涛。图片来源：黄博涵/IMAGO via Alamy 尽管EAST只是迈向预期聚变发电厂的一小步，但它是中国走进全球核聚变竞赛圈的重要设施之一。世上最知名的聚变实验是耗资220亿美元的国际热核聚变实验堆（ITER），这是一台正在法国南部建造的巨大托卡马克装置，中国也参与其中。近年来，美国及其他地区的一些雄心勃勃的公司筹集了数十亿美元，计划建造他们自己的反应堆，声称将比国家主导的计划更早展示实用的聚变电力。与此同时，中国正迅速向聚变领域投入资源。中国政府的现行五年计划将关键聚变项目的综合研究设施列为国家科技基础设施的重点。据估计，中国现在每年在聚变研究上可能花费15亿美元，几乎是今年美国政府为此研究拨款的两倍，美国能源部聚变能源科学办公室副主任Jean Paul Allain说，“而比投入的总额更重要的是他们执行的速度。” “过去25年，中国从局外人成长为拥有世界级能力的国家。”麻省理工学院（MIT）的核科学家Dennis Whyte说。虽然目前还没有人知道聚变发电厂是否真的可行，但中国科学家的时间表展现出了巨大的雄心壮志。预计在2030年代，在ITER开始其主要实验之前，中国计划建造中国聚变工程试验堆（CFETR），目标是产生高达1吉瓦的聚变能量。如果中国的计划顺利进行，根据2022年的一个路线图，一个试行聚变发电厂可能会在接下来的几十年中出现（J. Zheng et al. The Innovation 3, 100269; 2022）。 “中国正采取一种战略性方法投资和发展其聚变能源项目，着眼于在全球范围保持长期领先。”伦敦帝国理工学院的等离子体物理学家Yasmin Andrew说。打造人造太阳自1950年代以来，科学家们一直试图使聚变反应堆正常工作。其基本思路是将两个氢原子核——它们带正电荷，因此会相互排斥——融合成一个较大的氦原子核。在太阳中，引力可以产生足够的压力来实现这一点；在地球上，则需要高温和强磁场。然而，到目前为止，研究人员还未能使聚变反应持续足够长的时间，使之产生的能量超过引发它所用掉的能量。 2022年底，美国加利福尼亚州利弗莫尔的国家点火装置（NIF）的研究人员宣布了一项突破性进展，他们在短时间内回收了超过投入目标的聚变能量。NIF采用了一种与托卡马克装置不同的设计，使用192束激光束瞄准一个微小的氘和氚同位素燃料球，从而引发聚变。然而，操作激光器所需的能量远远超过了输入给目标的能量。许多研究人员认为，最实际的聚变能源方法将是使用托卡马克装置来约束一个持久的“燃烧等离子体”，其中聚变反应提供维持它所需的热量。ITER的一个目标——被认为是可行聚变发电厂的普遍前提——是创造一个可以产生十倍于投入能量的燃烧等离子体。图片正在法国建造的巨型ITER聚变反应堆。图片来源：Nicolas Tucat/AFP via Getty 如果科学家们能够做到这一点，核聚变将为传统的核裂变发发电厂提供一种更安全、更清洁的替代方案。裂变是分裂重的铀核，产生的放射性废料可能会在几千年里都有危险性。而聚变反应堆产生的废料寿命比较短。另一个安全特性是，如果等离子体的温度或密度下降到一定程度，聚变反应将自动停止。而且这一过程预计比裂变更有效率；国际原子能机构称，聚变反应每公斤燃料所产生的能量可能是裂变的四倍。对于中国来说，这是一个特别诱人的前景，在2020年至2022年间，一些地区由于寒冷冬季导致电力需求激增而经历了大规模的停电。尽管可再生能源发展迅速，中国仍然有一半以上的电力来自煤炭，并且仍然是全球碳排放的最大来源国。尽管中国计划在2030年达到碳排放峰值，并在2060年实现碳中和，其未来三十年的能源需求预计将翻一番。“我们需要能够减少碳排放的创新——这是我们的梦想。核聚变能源可以做到这一点。”ASIPP所长宋云涛说。中国的愿景在EAST的控制室内，龚先祖准备点击鼠标，发射另一波等离子体。等离子体本身位于控制室监控墙后的真空室中，顶上悬挂着中国国旗。“每次点火都有可能对聚变能源的未来有所助益。”龚先祖说。中国的聚变研究始于使用来自俄罗斯和德国设备的部件建造几台小型和中型托卡马克装置。2003年，中国加入了国际ITER实验，与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国携手合作。 2006年，中国开放了EAST装置，该装置已创下持续数分钟而非数秒的等离子体世界纪录。EAST在创造长寿命等离子体方面的优势使其成为ITER的重要实验平台，特别是用于快速交叉验证结果，ITER科学部门负责人Alberto Loarte说。“中国的研究非常活跃。”他说。 Loarte提到，今年一月，他和同事在EAST进行了一周的实验，以验证用钨衬里反应堆的等离子体壁能否实现紧密约束的等离子体，即使这些壁没有涂上一层硼以防止杂质进入。（这些发现将帮助ITER，后者在2023年10月决定将壁衬材料改为钨而非铍。）在许多国家，这样的工作可能需要几个月的时间来组织，Loarte说。但在中国，计划通常在几周内就能敲定，因为许多研究组不需要正式的提案或长时间的讨论就可以开始工作。 ITER原计划在2020年启动实验，但由于种种原因推迟了。在7月，研究人员宣布将其主要实验推迟到2039年。大多数ITER成员国正在并行发展其国内的聚变能力，但很少有国家像中国那样集中投入，法国原子能和替代能源委员会的聚变科学家Jeronimo Garcia Olaya说。“他们正在打造一个非常雄心勃勃的计划。”Olaya说，他是日本中型托卡马克装置JT-60SA的实验共同负责人，这是目前是世界上最大的运行中的托卡马克装置。除了EAST之外，中国的其他聚变研究反应堆还包括2020年在成都西南物理研究所启用的HL-3托卡马克装置。在中国设施上进行的实验将为下一代CFETR提供数据，尽管其建设尚需政府批准。ASIPP的一名不愿透露姓名的人士表示，无法给出明确时间表，但政府正在将ITER的时间表纳入决策考量。CFETR将略大于ITER，旨在弥补ITER（一个纯粹的实验设备）与能够发电的示范发电厂之间的差距。图片 EAST真空室内的一位研究人员。图片来源：中国科学院等离子体物理研究所 CFETR首先旨在产生100至200兆瓦的净功率：产生的功率超过用于加热等离子体的功率，但不足以覆盖装置的运行电力。到2040年代，它的目标是产生比直接投入等离子体的能量多十倍以上的热量，这是可控核聚变的里程碑，同时还要产生高达1吉瓦的净功率。如果能够实现，示范发电厂将开始给电网供给电力。 CFETR的工程设计报告于2022年发布，使该设施领先于几个示范发电厂，包括欧盟和日本提出的DEMO反应堆——预计分别在2029年和2025年开始其工程设计。中国在聚变研究方面的优势不在于突出的工程创新，Allain说，而在于其在开发建造反应堆所需的材料、组件和诊断系统方面的速度和专注力。为了开发CFETR，ASIPP已经开始建设一个距EAST不远的占地40公顷的庞大车间（约60个足球场大小）。这个聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）是一个巨大的中心，研究人员将在那里开发和制造CFETR及后续聚变发电厂的材料、组件和原型。图片中国合肥聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）的航拍照片。图片来源：Zheng Xianlie/Xinhua via Alamy 在美国，一个类似的用于开发关键聚变技术的设施已经多年被列为优先事项，但由于资金有限等问题，计划未能实现，Whyte说。“这令人沮丧。”他说。“有些积极改变的迹象，但我们失去了领先地位。” 中国对培养聚变人才的重视也使其在人员方面占据了优势，英国原子能管理局的等离子体物理学家Hongjuan Sun说。“他们确实在培养下一代方面投入了大量精力。”她说，她曾在JET工作。Allain估计中国有几千位聚变领域的博士生，而美国只有数百人。商业努力中国的计划在快速推进，而世界各地的初创公司则对实现商业化聚变能源的速度提出了更大胆的主张。例如，麻省理工学院（MIT）孵化的初创公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）承诺其SPARC托卡马克装置将第一个产生超过等离子体消耗的聚变能量。该公司总部位于马萨诸塞州的德文斯，正与MIT研究人员合作，称SPARC将在2026年底实现第一次等离子体点火。该项目依赖于高温超导材料的进步，这应使其托卡马克装置比ITER和其他巨型设施小得多且建造更快。CFS表示将在2030年代初期拥有可给电网供电的聚变发电厂。其他公司也对各自的聚变发电厂设计提出了类似的乐观声明。图片正在马萨诸塞州德文斯建造的紧凑型SPARC托卡马克装置的设计效果图。来源：CFS/MIT-PSFC，CAD效果图：T. Henderson 美国的聚变产业协会（FIA）表示，全球范围内，已有40多家公司致力于商业化聚变反应堆，并已获得71亿美元的投资。中国的核聚变产业也在迅速发展。中国的聚变初创公司在短短几年内就吸引了超过5亿美元的投资，FIA首席执行官Andrew Holland说。这使中国仅居美国次席，后者已经向聚变公司投入了超过50亿美元。“中国的私营机构也在积极投身聚变。”他说。今年一月，中国政府成立了一个名为中国聚变能源的国家协会，由中国核工业集团公司领导。它汇集了25家国有企业、四所大学和一家私人公司，目的是整合资源，加速中国的聚变进程。聚变研究的工业巨头之一是中国最大的私营能源集团之一——ENN集团。据FIA，该公司已向其聚变能源项目投资超2亿美元。ENN设想于2035年完成一个“商业示范”反应堆的建造。在过去三年中，中国还涌现了一批专注于聚变反应的公司。其中之一是于2021年成立的上海初创公司能量奇点（Energy Singularity），这也是中国首家专注于聚变电力的公司。与SPARC类似，Energy Singularity旨在利用最新的磁体材料建造更小、更便宜的托卡马克装置；公司联合创始人杨钊表示，公司迄今已吸引了约1.1亿美元的资金。今年六月，该公司研发的HH70托卡马克装置实现了其首次等离子体点火，并使用了高温超导磁体——杨钊表示这是全球首次。图片中国首家聚焦聚变能源的公司能量奇点的HH-70托卡马克装置。图片来源：Energy Singularity 能量奇点计划开发下一代装置HH170，目标是产生比产生等离子体消耗的能量多十倍的能量。和美国公司一样乐观，杨钊估计这一小型托卡马克装置只需三到四年即可建成，而非数十年。聚变反应的一个大问题是燃料的可获得性。对于托卡马克装置而言，氘和氚（D-T）同位素的混合物被认为是最有效的燃料之一。但氚在自然界中极为罕见，因此需要通过聚变反应产生的中子与聚变装置反应堆壁中的锂反应来生产氚。是否能够实现这种“氚增殖”仍不确定。 ITER是探索这一问题的最大研究之一。但中国有更快的计划：紧凑型聚变能实验装置（BEST），在CRAFT旁边建造，预计将于2027年完工，也将进行D-T实验，并探索是否可以实现氚增殖，ASIPP所长宋云涛说。 ……

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