中国离“人造太阳”的梦想更近一步

主持：棉花糖

太阳，这个在中国神话中被称为“金轮”的宇宙中的神秘天体，已经默默地燃烧了50多亿年，没有太阳就没有地球上的万物。如果我们能制造出“太阳”，用它巨大的能量为人类服务，是否能解决未来的能源问题？

今年4月12日21时，我国被称为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了一项新的世界纪录——成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。这对探索未来的聚变堆前沿物理问题等多个方面具有重要意义。

[什么是“人造太阳”]

太阳为什么会不断发光并释放能量？这其实是核聚变的结果。太阳的直径比地球大109倍，质量比地球重33万倍，太阳的巨大质量产生的引力能够把高温等离子体约束在一起，发生核聚变反应，并将核聚变反应持续下去。

可控核聚变研究装置的原理和太阳发光发热的原理相同，所以又被称为“人造太阳”，其中利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器又叫托卡马克装置。

[非要“造个太阳”不可吗]

宇宙中已经有一个太阳了，为什么还非得再“造个太阳”呢？这就需要从能源说起。我们人类从生产到生活，各种活动无一不需要能源，但地球上的能源并不是取之不尽的，比如我们常用的煤、石油、天然气等化石能源，依照目前地球的储量，大概只够人类再用几十年。除了储量有限，化石能源还会带来一个问题——污染环境。风能、水能虽然干净，但供量有限，且受自然条件影响大。所以人类不得不千方百计去解决能源不足的问题，但迄今为止，没有任何一种方式能像我们头顶这颗太阳那样无限供应能源且不带来污染。

于是，在核技术不断创新的今天，人们对于建设一个类似“太阳”的愿望愈发强烈。那“人造太阳”为什么就能无限供应能源呢？“人造太阳”产能的原理又是什么？

太阳是利用核聚变反应不断向地球输送能源的，“人造太阳”当然也需要借助核技术。核能的释放过程有两种：核裂变和核聚变。简单地说，核裂变是由重的原子核分裂变化为轻的原子核，从而产生巨大的能量；核聚变是将两个质量轻的原子核“聚合”成为一个重原子核。我们知道能量是守恒的，“消失”的质量会转变为巨大的能量，而且能量比核裂变更高。

那核聚变产生的能量到底有多大呢？有个形象且相对准确的说法，是1升海水通过聚变反应产生的能量相当于300升汽油。而且核聚变反应的完美之处在于：反应产物仅为惰性气体氦，无毒无害；即便运行过程中也可以即关即停，极少产生放射性废物或不可控负面效果；原料容易获得，毕竟聚变反应所需元素广泛地存在于海水中，而地球最不缺的就是海水。

核聚变离我们生活遥远吗？一点都不远。核聚变部分关键技术已经被应用到了生活中的方方面面，如医用高场核磁共振、军民两用高功率微波技术、病菌灭活等，甚至在影视作品中我们也能看到它的身影，如电影《流浪地球》里的行星发动机就是一个大型核聚变反应堆，它能推着地球“流浪”，且不用担心半路“抛锚”。

如果核聚变可控制一旦成功，石油短缺、环境污染问题都将一去不复返，人类将彻底摆脱能源束缚，掌控近乎无限的能源，朝着恒星级文明迈进。所以，在地球上“造个太阳”的回报远超投入。

[“人造太阳”到底有多难]

从广义角度而言，“造个太阳”作为科学研究并不难，从20世纪50年代开始，世界上大大小小的“人造太阳”核聚变实验设备不断涌现；而从狭义角度来说，人类离最终可真正利用的“人造太阳”还有一定的距离。国际公认的聚变研究步驟是聚变实验堆→示范堆→商用堆，只有最终的商用堆才是“人造太阳”的终极目标。

问题是，实现“人造太阳”还需要克服很多技术上的难点，如引发核聚变需要超高温度（燃料温度达到1亿摄氏度以上），而这样的高温要用什么容器去承载也是科学家面临的一大难题。后来，科学家们发明了一种环形装置，利用磁约束控制等离子体发热实现超高温，这种装置就叫作托卡马克装置。

托卡马克装置是一个长得像甜甜圈似的真空腔，外边包裹着磁线圈，在真空腔内部产生环形磁场。等离子态的核聚变燃料就在里面绕圈圈。这样一来，“人造太阳”就有了完美的“容器”。

但是“人造太阳”装置反应条件很苛刻：高温度、高压力、有限空间的高约束和稳定约束时间。以现有的工程技术、材料技术等还有很多条件达不到。而且，人类不仅仅是要造一个“太阳”，更重要的是通过了解“人造太阳”的一切行为习惯，掌握规律为人类所用，这才是“人造太阳”最难的地方。

[我国的“人造太阳”造得如何]

我国的“人造太阳”建造早在1971年便开始了。坐落于四川乐川的中国环流器一号（HL-1）装置是第一个由我国自主设计、自主建造的，国际首个中等规模的托卡马克装置，是我国受控核聚变能源开发中当之无愧的里程碑，为我国的受控核聚变研究奠定了坚实的基础。

中国环流器新一号装置（HL-1M）是以HL-1装置为基础改建而成，是具有特色的、达到国际先进水平的实验成果，使我国的核聚变实验研究水平又迈上了一个新台阶。1999年中国环流器二号A装置（HL-2A）正式动工建造，2002年12月验收。借助HL-2A这个新的“聚变利器”，2006年我国已将等离子体电子温度提升到了5500万度，标志着中国向聚变装置点火所需的1亿度高温迈进了一大步。

目前，HL-1、HL-1M、HL-2A装置服役期已满，正在服役的是HL-2M装置。

作为世界聚变研究的重要组成部分，中国环流器系列装置的多项成果达到、甚至超过世界水平，每一个数据的产生都经过了科研人员长达数年的准备工作和反复验证，凝聚了无数科研人员的梦想与汗水。

“人造太阳”技术实现商业化还有较长的路要走，但是发展“人造太阳”技术，不仅是为了解决当前的能源危机，更是为了人类的未来和地球的未来。

我们期待着有一天，“人造太阳”能够解决能源问题，到那个时候，世界每一个角落都会变得温暖又明亮！