作者：天涯愛科學(xué)

9月26日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、中科院等離子體研究所所長宋云濤在接受《新京報(bào)》采訪時(shí)表示，他們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始著手未來核聚變電站的工程設(shè)計(jì)，希望在國家大力支持下，未來10年內(nèi)能建成核聚變發(fā)電的示范工程。宋云濤現(xiàn)為EAST（全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，又稱“東方超環(huán)”，俗稱“人造太陽”）項(xiàng)目主持人。

在全球變暖日趨嚴(yán)重，在碳達(dá)峰碳中和成為主流熱詞的今天，全世界從來就沒有如此迫切渴望新能源的出現(xiàn)，而核聚變發(fā)電就被認(rèn)為是人類的終極能源。核聚變原理其實(shí)很簡單，兩個(gè)較輕的原子核（主要是氫的同位素氘和氚）聚合成較重的原子核，同時(shí)釋放巨大能量的過程。

核聚變發(fā)電有多誘人？一升水能夠提煉0.03克的氘，其發(fā)生聚變反應(yīng)釋放的能量相當(dāng)于燃燒300升汽油或者燃燒336公斤煤。而海水中蘊(yùn)藏著大約40萬億噸氘，這樣算來，地球上的海水可以供人類使用上億年。而且核聚變發(fā)電安全（可隨時(shí)終止）、無污染（生產(chǎn)物是氦），因此說核聚變發(fā)電為人類終極能源一點(diǎn)也不為過。

核聚變原理雖然簡單，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電卻有多難？目前自然界核聚變只在太陽內(nèi)部產(chǎn)生，太陽核心溫度超過1,500萬度，壓力超過3000億大氣壓，在這種極端的條件下，氫才能聚合為氦，并且釋放大量的熱量。但是在地球上是不可能達(dá)到這么大的壓力，科學(xué)家們提出“壓力不夠，溫度來湊”的辦法。于是就有了“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）這個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目的核心裝置是由托卡馬克(TOKAMAK)，托卡馬克是“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”幾個(gè)詞的俄文縮寫，通過巧妙構(gòu)造磁場，使帶電的聚變等離子體懸浮在真空中，從而將其約束以維持極高的反應(yīng)溫度。從這里也可以看出，俄羅斯人當(dāng)年在這項(xiàng)技術(shù)上的水平有多先進(jìn)。

中國核聚變水平到底有多牛？

一、設(shè)備裝置牛

中國研究核聚變已有半個(gè)多世紀(jì)了。90年代初，俄羅斯把一套退役超導(dǎo)托卡馬克裝置送給中國。（有人說是無償贈送，但其實(shí)是用大量的商品物資換來的）。

這個(gè)裝置被大卸八塊運(yùn)到中國后，中國人把這套裝置研究得底朝天去，經(jīng)重新設(shè)計(jì)，1994年，中科院等離子體研究所成功建成HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置，這使中國成為繼俄羅斯、日本和法國之后第四個(gè)擁有此類裝置的國家。在此基礎(chǔ)之上，中國的研究逐漸超車，2007年裝配出世界上第一臺全超導(dǎo)托卡馬克裝置“東方超環(huán)（EAST）”，俗稱“人造太陽”。它是世界上第一個(gè)水平和垂直線圈均為超導(dǎo)線圈的托卡馬克裝置。這個(gè)龐然大物高11米、直徑8米、重達(dá)400噸，零件數(shù)量相當(dāng)于5架波音777飛機(jī)的零件總和。中國人這個(gè)利器不但已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行15年，而且屢屢打破了世界等離子體運(yùn)行記錄，2021年5月28日，"人造太陽"在新的世界紀(jì)錄中，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，離1億度運(yùn)行1000秒的商業(yè)運(yùn)行目標(biāo)又進(jìn)了一步。

4層樓高的中國“人造太陽”

二、研究水平牛

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007-2016年近10年中，中國在核聚變領(lǐng)域每年的發(fā)文量位列全球第三，而且論文數(shù)量增長迅速，2015年接近美國，2016年超過美國！從主要機(jī)構(gòu)發(fā)文來看，中國科學(xué)院整體在該領(lǐng)域的發(fā)文量排名第二（第一是美國通用原子公司），下屬研究機(jī)構(gòu)中發(fā)文量最多的是中科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。

另外，從國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）項(xiàng)目中中國籍雇員人員數(shù)量的增加也可以看出中國的實(shí)力。中國剛開始參加這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，中方的雇員數(shù)量在7個(gè)參與方中是最少的，如今（截至2020年1月），在ITER組織正式職員929人中，中方正式職員為87人，占總?cè)藬?shù)的9.4%，僅次于東道主歐盟，位列另外六方之首，這還是在外方限制性的條件下錄用中國人的數(shù)量。另外，中方還有25名ITER項(xiàng)目合伙人（IPA）在ITER總部工作。

中國在可控核聚變方面的快速發(fā)展和強(qiáng)大實(shí)力甚至引起其他國家的擔(dān)憂?！秴⒖枷ⅰ?016年12月9日援引《南華早報(bào)》的報(bào)道稱，ITER項(xiàng)目的其他6個(gè)參與方——日本、韓國、俄羅斯、美國、印度和歐盟——甚至討論要把中國踢出去，因?yàn)樗麄儞?dān)心中國將利用從ITER獲得的知識，加快中國自己的核聚變發(fā)電建設(shè)速度，如果中國成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)聚變技術(shù)商業(yè)化的國家，那它將在經(jīng)濟(jì)和地緣政治上取得優(yōu)勢，將令包括超級大國美國在內(nèi)的西方國家顏面何在？只是現(xiàn)在中國的作用已經(jīng)在項(xiàng)目中無可代替，離開中國的參與，ITER甚至將無法支持下去。牛津大學(xué)基督圣體學(xué)院院長、前英國卡勒姆聚變中心主任史蒂文·考利教授說，對其他國家來說，最好的選擇是接受甚至支持中國領(lǐng)導(dǎo)聚變研究（Professor Steven Cowley……said the best choice for other countries was to embrace, and even support, China’s leadership in fusion research.。注意，他的用詞是由中國“領(lǐng)導(dǎo)”?？祭淌谑怯碚撐锢韺W(xué)家，是核聚變和天體物理等離子體方面的國際權(quán)威，自2018年7月1日起，已擔(dān)任美國能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室主任。

中科院等離子體研究所研究人員，幾乎是清一色的年輕人，真正的小鮮肉。

三、核心材料牛

超導(dǎo)材料用于產(chǎn)生磁場，是托卡馬克(TOKAMAK）裝置的關(guān)鍵材料。中國2010年前10年超導(dǎo)材料產(chǎn)量總共才100公斤至150公斤，而現(xiàn)在“東方超環(huán)”這個(gè)國家大科學(xué)裝置的研發(fā)帶動(dòng)下，中國人能生產(chǎn)1000噸以上，產(chǎn)量為以前的1萬倍以上。僅杭可科技公司產(chǎn)量就有600噸，未來更計(jì)劃生產(chǎn)2000噸以上。在產(chǎn)量大幅提高下，生產(chǎn)成本顯著降低，售價(jià)亦隨之下降?，F(xiàn)在，就連國外60%-70%的超導(dǎo)材料都要從中國進(jìn)口。在ITET項(xiàng)目中，中國的超導(dǎo)導(dǎo)體性能遠(yuǎn)超國際同行，實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化、100%一次性合格、100%準(zhǔn)時(shí)交貨。除此之外，中國所承擔(dān)的10%采購包任務(wù)中，還包括電源、診斷等各項(xiàng)任務(wù)，這些任務(wù)都是最難的，但反過來，這些任務(wù)中每一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)又引領(lǐng)了國內(nèi)新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，從而推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向國際前沿的發(fā)展。

法國國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）

中國離核聚變發(fā)電還有多遠(yuǎn)？

目前，國際上核聚變發(fā)電競爭十分激烈。盡管中國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1億度下運(yùn)行101秒時(shí)長的世界紀(jì)錄，但能達(dá)到的最高溫度比起國際最高水平還有不少差距，日本的核聚變反應(yīng)甚至能達(dá)到5.2億度的高溫，據(jù)說產(chǎn)生的能量比消耗的能量已高出25%，離商業(yè)化應(yīng)用似乎已近在咫尺。美國提出2035年至2040年間能試點(diǎn)核聚變發(fā)電站發(fā)電，英國則提出在2040年實(shí)現(xiàn)核聚變能源商業(yè)化。時(shí)不我待，中國必須要有自己的時(shí)間路線圖，按目前技術(shù)情況，宋云濤說，10年內(nèi)建成核聚變發(fā)電示范工程是十分可期的，畢竟現(xiàn)在已能擦亮火柴，能點(diǎn)燃核聚變這個(gè)大煤球的日子已不遠(yuǎn)了。

或許不久的將來，人類就能吃著由人工合成淀粉做成的饅頭，坐在由核聚變發(fā)電提供動(dòng)力的飛船里，開啟星辰大海的征途。