WAP手机版 RSS订阅 加入收藏  设为首页
美高梅线上下载
当前位置:首页 > 美高梅线上下载

美高梅线上下载:中国核聚变能源研究走到哪一步了?“五院院士”回应

时间:2021/11/25 14:42:01   作者:   来源:   阅读:0   评论:0
内容摘要: 卸任行政职务后,张杰回归物理学家本色。目前,他正致力于激光核聚变快点火研究,希望为人类未来能源问题的解决做出贡献。  “之前任上海交通大学校长和中科院副院长时,我也很快乐。在任何职位上,都要敬畏自己的职业,投入100%甚至200%的精力。”&ems...
 卸任行政职务后,张杰回归物理学家本色。目前,他正致力于激光核聚变快点火研究,希望为人类未来能源问题的解决做出贡献。

  “之前任上海交通大学校长和中科院副院长时,我也很快乐。在任何职位上,都要敬畏自己的职业,投入100%甚至200%的精力。”

  在刚刚闭幕的未来科学大奖周上,2021未来科学大奖物质科学奖获奖者张杰分享了他的乐观人生和科研进展。他表示,2018年至今,团队已经做了6轮验证实验,通过1万焦耳激光实验证实了激光核聚变快点火方案中分解物理过程的可行性。今年11月底,团队将开始进行第7轮实验。

  “磁约束聚变和激光聚变研究都已经走到了‘门槛儿’,即核聚变输出能量已经接近于输入能量。未来的共同目标是要达到聚变输出能量是输入能量的10倍、100倍,当输出能量是输入能量百倍时,就离建立核聚变电站很近了。”张杰说。

 

  2021未来科学大奖9月12日公布获奖名单,主持人在新闻发布会现场连线张杰,宣布了这一喜讯。被问及最想和谁分享喜悦时,张杰说,“当然是我的父母,他们在极其艰难的情况下,培养了我对科学的热爱和对生活的乐观。”

  1958年1月,张杰生于山西省太原市。他8个月大时,父母前往内蒙古支边。

  张杰的父亲是个勤奋好学的人,他跟小张杰说,“咱们来一起帮你妈妈,改善一点儿家里的经济状况。”父亲的乐观让张杰的童年记忆并不全是生活的不易,还有探索知识的乐趣。

  当时,内蒙古有一种“懒”鸡,下的蛋个头大,但经常隔几天才下一个。父亲和小张杰商量,要改良鸡的品种。在父亲的引导下,张杰看了很多书,了解了保温、加热等知识后,决定先从改善孵化条件入手,尝试用家里的土炕孵鸡蛋。

  为了使保温箱保持恒温37.8℃,父子动手用双金属片做了一个恒温器,测试了双金属片的温度特性。一旦温度超过40℃,金属片就会弹开,并接通电扇将热空气排出。然而实验做了20多天,一只小鸡也没孵出来。

  父亲说,咱们得知道哪个环节出了问题,于是父子二人把鸡蛋一个个打开看。“实验虽然失败了,但我在过程中学到了很多。”后来张杰意识到,这是他人生中的第一个物理实验,他学会了如何设计实验、测试数据、分析数据,更关键的是如何对待失败。

  孵小鸡失败后,父亲又带着小张杰生产盐酸。家里没有实验器材,他们就将鱼缸放满水,将家里220V的交流电整流变压,转化成直流电电解水中的氯化钠,收集氯气和氢气,然后通过玻璃喷嘴混合燃烧后用水冷却。家里的橡皮气球、废旧日光灯管也成了二人的实验工具。

  这个实验仍然没有成功,实验的后果还有点严重——家里所有的铁器都被氯气腐蚀生锈。但这也成了张杰的科学启蒙,点燃了他对科学的热爱。

  用淘汰镀膜机做成真空靶室

  1989年1月,张杰在中科院物理所取得博士学位后前往欧洲进行X射线激光的研究。10年间,他先后在德国马普量子光学研究所和英国著名的卢瑟福实验室工作,科研成果丰硕,他所在的团队在X射线激光领域和快点火激光聚变领域的研究中走到了世界最前沿。

  激光是人类最伟大的发明之一,但由于激光波长在可见波段,其应用受到局限。多年来,科学家们有一个梦想,希望激光波长可以深入X射线波段。“如果在2.2纳米-4.4纳米(水窗波段)实现X射线激光,就有可能对生命过程做出深入解析,解开生命之谜。”

  1989年到1995年,张杰所在团队不断产生更短波长的X射线激光,1993年到1995年,团队保持着世界上最短波长的饱和X射线激光纪录——5.8纳米,做到了“水窗”的边缘。“后来我们意识到,当时的生命科学还没有达到运用‘水窗’X射线激光解开生命之谜的阶段,所以团队将研究方面转向快点火激光聚变领域。”张杰说。

  1998年,在时任国家自然科学基金委主任张存浩的感召下,张杰回到祖国,回到中科院物理研究所,组建起自己的研究团队。他回忆说,彼时,我国科研条件相对落后,科研经费申请的周期很长。求贤若渴的张存浩和几位副主任商议,动用了主任基金,为张杰凑了100万元科研启动经费。

  “当时为了节约研究经费,我们经常去物理所的废品仓库,找大家淘汰退库的仪器设备。”张杰说,当时他在库房中找到了一个镀膜机,并用它做成了真空靶室,用于实验。

  张杰没有辜负“伯乐”的期待,回国不久后,他的团队就研制出国内第一台太瓦级(万亿瓦级)飞秒激光装置——“极光一号”,此后的不少实验正是用这台激光器做出来的。

  物理学家与未来能源

  此次未来科学大奖的颁奖词中提到,物质科学奖奖励张杰通过调控强激光与物质相互作用,产生精确可控的超短脉冲快电子束,并将其应用于实现激光核聚变的快点火研究。“物理学家有责任解决人类社会面临的最具有挑战的问题。”张杰如此“解读”他的研究项目。

  随着全球变暖,找到可以替代化石能源的未来能源迫在眉睫。聚变能,就是未来的清洁、高效、安全的终极能源之一。聚变能是氢的两个同位素——氘和氚发生融合反应所释放出的巨大能量。海水中蕴藏着大约40万亿吨氘,一升水能够提炼0.03克的氘,其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油。1立方公里海水中的氘氚聚变反应所释放出的能量,就相当于全球石油储量燃烧的能量。因此,聚变能原料几乎取之不尽,用之不竭。

  目前,对受控核聚变的研究主要分为两类,其中之一就是惯性约束核聚变(激光核聚变),其利用高能量、高强度的激光对聚变材料,如氘、氚进行加热,实现可控的核聚变用以获得巨大的能量。

  “激光核聚变快点火方案中有一个非常重要的物理过程,需要使用超短脉冲的高能电子束携带能量到高密度等离子体中实现点火。”早在1997年,张杰就提出了双锥对撞点火的新型激光聚变方案雏形。“快速点火方案将燃料点火与压缩分开,使这两个过程可以独立优化,同时避免不稳定性。从理论上说,这个方案有优越性,但真正通过实验证实这个方案是非常难的。”张杰说,过去20年间,他和团队为此做了很多预备性的实验和理论研究。

  真正的大能量验证实验始于2018年。在我国自主研制的大型激光装置——神光二号升级激光装置上,2018年至今,张杰团队已经做了6轮验证实验,通过1万焦耳激光实验证实了该方案中分解物理过程的可行性。“有些实验结果甚至比我们最开始的理论设想还要好。”张杰说。

相关评论

本类更新

本类推荐

本类排行

本站所有站内信息仅供娱乐参考,不作任何商业用途,不以营利为目的,专注分享快乐,欢迎收藏本站!
所有信息均来自:百度一下 (美高梅集团APP)