2050年“人造太阳”点亮灯泡

有一天，当地球资源面临枯竭的时候，人类是否可以使用“人造太阳”来获取能源？事实上，一个集结了包括中国在内的30多个国家的顶尖科学家，已经展开了这项世界上最大的科学合作工程——国际热核聚变实验堆计划。

一个集结了包括中国在内的30多个国家的顶尖科学家，目前世界上最大的科学合作工程——国际热核聚变实验堆计划（简称“ITER”）正在有条不紊地进行着。由于项目模拟自太阳内部的核聚变原理，这个工程还有一个更加形象的名字：“人造太阳”。

攻关1亿摄氏度高温，实现等离子体可控核聚变

万物生长靠太阳。作为太阳系的主星，太阳内部时刻不停地发生着核聚变反应，为地球提供了源源不断的光和热。

怎样才能实现“人造太阳”？科学家想了一个办法，就是把一团上亿摄氏度的等离子体火球，用磁场把它悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触。这时，就可以对它加热、控制，进而实现“受控的核聚变”，实现“人造太阳”。

等离子体天性“放荡不羁”，更喜欢漂泊不定，如何让其乖乖“受控”？在核工业西南物理研究院，有一个专门的装置来盛放这一团火球，它就是中国环流器二号A托卡马克装置。其主体呈甜甜圈状，边缘四周延伸出数十个“触角”，形似一颗颗星星。装置内部，由无数根铜导体线圈产生一个封闭的磁场，用来约束分散等离子体的行为。

如果把试验装置看成一个微波炉，核工业西南物理研究院研究员、高级工程师黄梅的工作就是不断给这个装置加温。

目前，托卡马克装置的温度已升至5500万摄氏度，这是迄今为止国内装置达到的最高温度。“要实现受控核聚变反应，必须达到上亿摄氏度以上高温，以及足够高的密度等，如果因某种原因导致条件不能满足，聚变反应就会停止。”对于黄梅来说，如何持续给装置加温，达到“点火”要求，是他们还将继续面临的一个课题。

被称为“人造太阳”的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置

花十年找材料，将美国垄断技术造价降低90%

“人造太阳”核心部件“第一壁”的中方项目总工程师王平怀，有着一张标准的“科学脸”，抑或是“工科男”面孔。去年12月，由王平怀团队自主研发制造的国际热核聚变核心部件“第一壁”，在国际上率先通过权威机构认证。让中国落后于美国20年的技术，一跃从“跟跑”实现了“领跑”。

什么是第一壁？实验装置中的聚变物质时刻释放着高强度的热辐射。核心区最高温度能达到1亿摄氏度，如果材料性能不佳，要么就被高温瞬间融化，要么就会让反应堆这座锅炉熄灭。王平怀说，要构建起“人造太阳”的核心，需要特殊的材料筑起一道“防火墙”，来抵御装置内部上亿摄氏度的高温环境。为此，从2004年到2013年，团队成员从高纯度金属材料提取开始，进行了长达十年的特殊材料研制工作。由王平怀所在团队自主研制的材料问世后，将美国垄断价格降低了90%。

解决了“第一壁”材料问题后，王平怀们接下来要破解的是结构问题。研制人员想到了一种特殊的结构，把热量及时地传走。那是一块看上去像三明治一样的结构，底下是不锈钢，中间是铜合金，上面则是特殊的高纯度金属材料。再用特殊的方法，将这些材料结合到一起。如何将两个“个性”完全不同的材料，形成一个完整的功能件，成为他们面临的新难题。王平怀坦言，两者的物理性相差实在是太大。上面那层金属材料是最轻、也是最活泼的碱性金属元素组成，热导率比铜和金差了一倍以上。两者强行连接在一起，会形成一种新的物相，极脆，易断裂。这种工艺上的高难度，也让“第一壁”研发团队经历了长达一年多的低迷期。

王平怀至今记得那段灰暗的日子。由于四川没有相关的机加工工厂，每次模块的最终机加工要送到宁夏。每次从设计制作到检测出来，大概需要三周时间。

王平怀记得，每次成员把模块件拿回来，32个人都会围着两个检测人员。那一刻，空气好像都凝固了，大气不敢出，生怕把好运气吹跑了。检测的过程很短。很快，人群中的低气压便弥漫开来。彼此相视时，有的也只是互相摇头和叹气。“那段时间，组里的气氛实在太压抑了”。这样的气氛，一直持续到2015年10月1日。

那天，人们都在忙于休假，“第一壁”主要成员却早早地来到了办公室，等待远方归来的王平怀，那一次去宁夏送模块的正是他。那天到检测室的人并不多，只有六七个。王平怀清楚地记得，还是围着两个负责检测的工作人员，空气再次凝固。这一次，他们终于成功了。压抑了太久的项目组，气氛轻松起来，顾不得平时的矜持，大家紧紧拥抱在一起。由于这次创造性的突破，仅仅是他们攻克的两种材料的连接工艺，项目组就提交了多达十几项国家专利申请。

“人造太阳”并网发电，有望2050年点亮家里的灯泡

“还有一个难题，来自于核聚变所需要的除了氘以外的另一种原料氚。氘和氚的剧烈反应，才能发生聚变。”核工业西南物理研究院聚变科学所副所长许敏说，氚的半衰期只有12.3年，而每年一个100万千瓦的核聚变电站发电就要燃烧56公斤的氚。

作为地球上最稀有的元素，氚的成本非常高。虽然研究过程耗资高昂，核聚变试验可能还要几代人的心血，不过，许敏对于核聚变的发展还是非常乐观。以试验中使用的高功率微波技术来说，可以广泛使用到通信领域，实现国产化并能够节省大量成本。其次，等到核聚变电站能够并网发电后，核聚变能源的生产成本相对低廉，普通老百姓都能消费得起。“目前业内人士普遍认为这个时间节点是2050年。我算了一下，那个时候，我应该可以看到。”许敏说，期待灯泡被核聚变点亮。