原创文本/夏杨

中国独立设计、建造出了世界首个全超导“人造太阳”实验堆，向全世界开放、共享！近日这一新闻备受关注。

“人造太阳”是个啥？

听起来好科幻、好炫酷！它有什么用？和我们老百姓有关系吗？

太阳放光发热的原理就是“核聚变”反应

简单地说，“人造太阳”就是可控制核聚变反应堆。它将在一定程度上解决人类发展所需的清洁能源问题。目前该技术在全世界都处于科学实验和攻关阶段。

中国造出全球首个全超导“人造太阳”装置

说起核聚变，大家的第一反应恐怕是原子弹、氢弹或核电站之类？

确实有点接近，不同的是，原子弹、核电站的原理是核裂变；氢弹的原理最接近，就是核聚变。

核弹爆炸时会形成巨大的蘑菇云

这是两个相反的过程。核裂变是原子核在中子的打击下发生分裂；核聚变则是两个或多个原子核聚合为一个。这两个反应过程都会释放出巨大的能量！

核聚变反应堆为何叫“人造太阳”？因为太阳等所有恒星放光发热的原理就是核聚变。   

“核裂变”原理示意图

“核聚变”原理示意图

核聚变与核裂变比起来，要安全很多。核聚变不会产生高放射性核废料，反应过程中也不产生危害环境的气体。

并且，核聚变所需原料非常容易取得。目前核聚变反应堆使用的是氢的同位素氘和氚。这两种物质在海水中就大量存在。

海洋中大概蕴藏了40万亿吨氘，理论上如果全部用于聚变反应，释放的能量足够人类使用几百亿年。一公升海水里提取出的氘，在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。

一些宇宙飞船已采用核动力推动

直观地说，如果人类掌握了可控的核聚变技术，目前的能源危机就可以化解！

工业革命以来伴随石化能源使用带来的环境污染和生态破坏等问题，也都能得到有效的解决。青山绿水、蓝天白云，美好的生存环境就可以重回我们身边！

若清洁能源能普及，或许北京天天都有APEC蓝

有人会问，氢弹早已被发明出来，核聚变技术还没掌握？其实，氢弹爆炸虽就是核聚变，但巨大能量瞬间释放，根本没法控制和利用。所以，安全可控的核聚变技术，还在科学攻关的路上。

氢弹爆炸过程示意图

如何利用核聚变反应为人类服务，这是一个世界性科学难题，没有哪个国家能凭借一己之力单独攻克，所以有赖于国际间的合力开展研究。这就是后来的“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”。

ITER计划1985年被提出，1988年开始研究设计，经过13年努力，耗资15亿美元，在集成世界聚变研究成果的基础上，于2001年完成设计。

2006年，欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度和中国七方签署协议，正式启动该计划。ITER实验堆的建造约需10年，还要耗资50亿美元（1998年值）。

国际“人造太阳”科研计划进程

ITER计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际科学工程计划。经过多年争执，世界首个国际性ITER实验堆落户法国南部的卡达拉舍。

选址花落法国是有道理的，人家掌握着最先进的核能技术，目前法国核电量占总发电量的比重高达78%，核能大国与核技术强国的地位无可取代！

国际性ITER实验堆落户法国

ITER实验堆的原理是，将氢的同位素氘和氚的混合气体加热到1亿度以上，让其产生大量核聚变反应。

这样的难题显而易见，比如，如何能把温度加热到这么高？这么高温该放在什么“容器”内进行？

容纳超高温与核聚变的“磁笼”示意图

关于加热技术，美国正在研究，采用高能量激光加热，目前已取得一定突破，但仍存在许多难题有待克服。

而关于核聚变的“容器”，经多年技术攻关，也已成熟，就是一个叫托克马克的超导磁场。聚变反应在“磁笼”中进行，保证超高温气体不至于逃逸和飞散。

高能激光冲击燃料球芯制造高温

我们回到本文开头说的话题。

我国的核聚变研究起步于上世纪60年代，2003年参与进这个国际科研项目，就是为了学习和共同进步。同时在国内，科学研究在同步开展。上世纪90年代我国引进了半超导的“人造太阳”实验装置，经过多年消化吸收和研发，我们设计制造出了世界第一台全超导“人造太阳”装置。

这一突破意义重大，以前我国在核聚变技术研究方面一直是“跟随者”、“并跑者”，如今实现了弯道超车，成了“领跑者”，在其中一些技术领域已领先世界！ 

“人造太阳”实验反应堆内部结构示意图

虽然目前“人造太阳”计划已取得一定成绩，但距离技术成熟、并像核电站一样投入商业运作，还有很长的路要走。

根据目前的研究进展，国际科学界给出的时间表是：如果不出意外，到本世纪中叶可以实现聚变能商业化。

而中国的目标是：争取到本世纪末，“人造太阳”提供的聚变能在我国能源结构中占一定比重！

期望未来我们使用的都是清洁能源

对照这个时间表，想享受“人造太阳”的温暖，你，等得到吗？

不过，能为后代子孙解决能源问题，我们花费几代人的努力，也是值得的！

为了孩子，为了孩子心中的“绿色家园”

来源｜羊城派
本期主持｜夏杨
责编｜樊美玲