????????很久之前就答應(yīng)了老師和朋友回去看看，一直沒空，拖的有點久。于是這次端午節(jié)請了幾天年假，回去多待兩天，看看能不能見一些朋友。14號坐動車回了合肥，和老師一起吃了午飯，下午我又跑去科學(xué)島找同學(xué)。

????????因為當(dāng)天晚上同學(xué)要值班，我也沒啥事，就被帶著一起去中國科學(xué)院等離子體物理研究所值班，計劃值完班正好可以看俄羅斯世界杯開幕。同學(xué)是個足球迷，我那天見到他的時候，他在島上的一個高中里面踢球。島上比較安靜，綠化環(huán)境什么的也很好，第二天上午我們還兜了一圈。但我印象最深刻的是足球場的看臺上印著“成人成才成事～”的高三畢業(yè)寄語。我大學(xué)體育課兩年都是足球，所以基本的概念還是明白的 。我記得我怕自己忘了，還問了一下同學(xué)越位的概念。所以我也簡單描述一句：傳球的瞬間，球員越過除門將外的最后一名對方球員參與進攻就是越位，勉勉強強也能算得上是個偽球迷。

????????我記得當(dāng)天晚上我們吃完飯就去值班了，大概六點多或者七點。同學(xué)當(dāng)時負責(zé)監(jiān)控的是“人造太陽”其中一個電流控制系統(tǒng)。同學(xué)怕我無聊，就扔了一本關(guān)于《人造太陽》的科普書給我，我在世界杯開幕之前看完了，端午在家閑著也沒事，決定回憶一下當(dāng)時快速看完的內(nèi)容，把自己閱讀所理解的做個小科普，希望能對自己的生活有所幫助。以下是正文：

????????現(xiàn)在大多科學(xué)家認(rèn)為宇宙起源一場大爆炸，某種程度上表示能量優(yōu)先于物質(zhì)。爆炸之后剛開始只有氫元素（事實上，宇宙中的氫原子的確占據(jù)99%以上），靠萬有引力聚到一起，然后發(fā)生各種反應(yīng)，之后才誕生了各種物質(zhì)、生命，人類是其中之一。

????????在我們?nèi)祟惖乃谢顒又校夹枰芰?。很久之前，我們對于能量的?yīng)用并不夠主動。直到工業(yè)革命之后，化石燃料（煤、石油、天然氣）才開始興起，人類歷史上的大多數(shù)戰(zhàn)爭某種程度上都是在爭奪能量，現(xiàn)代戰(zhàn)爭尤其，足以說明能量是多么的必需。然而直到經(jīng)典物理學(xué)、量子力學(xué)、宇宙物理學(xué)的充足發(fā)展（這個教科書上大家應(yīng)該都了解過一點），人類才認(rèn)識或者觀察到，物質(zhì)在變化的過程中，很小的質(zhì)量其實能產(chǎn)生很大的能量，質(zhì)能方程E=MC?2了解一下。（C=30萬km/s ）所以如果我們?nèi)祟惸芸刂七@種變化，讓這些變化產(chǎn)生的能量緩慢到足以控制，豈不是解決了大大的能量問題。畢竟化石燃料上有用完的那一天，所謂的風(fēng)能、潮汐能、生物能（地?zé)崮苋祟惒桓覄樱┧a(chǎn)生的遠遠不夠當(dāng)今社會的需要，無法滿足人類對能量的需求。（除去不可未知的其他文明之外，地球幾億年積累的化石能源竟然不能支持我們?nèi)祟愂褂?00年，人類的可怕由此可見）所有的這些能源絕大多數(shù)都化轉(zhuǎn)化為電（火電、水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電），這也是我們生活中能接觸到的最干凈、最易控制的能量。近百年來，電能的確被證明了是一種高效的利用方式。優(yōu)缺點這里就不提了。（題外話：電能會是我們?nèi)祟愑肋h使用的能量形式么，未來還會有其他形式的能量么？微波、引力波？可參考《三體》。光能、量子能這些能做功么？）

????????太陽這個無時無刻不釋放能量的恒星，大概還能存在50億年，地球大概也還能繼續(xù)存在40多億年，而我們?nèi)祟愲y道會因為可用能量枯竭而消亡么？地球從太陽獲取的能量不到22億分之一，在算上我們可悲的利用率（3%）。但是盡管如此，就是這些可用能量讓我們存在了幾千年，而且還將繼續(xù)下去。所以聰明的人類還是發(fā)現(xiàn)了太陽是如何產(chǎn)生能量的，那就是核聚變。

????????在了解核聚變之前，我們得先了解下核裂變。目前世界上所有的核電站都是核裂變，核電廠上大多利用鈾裂變，主要就是用熱中子轟擊鈾-235原子，分裂成兩個或多個質(zhì)量較小的原子和中子以及大量能量，中子再去撞擊其它鈾原子，從而產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。如果這種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能控制，那就是原子彈！然而地球上鈾的儲藏量也不過能使用1000年而已，此外核電站的安全問題也多次爆發(fā)，如果說切爾諾貝利事件你已經(jīng)淡忘了，日本地震福島核泄漏事故沒過去多久吧。想必你也知道我們?nèi)祟愑质嵌嗝吹拇嗳?，身體和心理上一樣恐慌！

（原子有原子核和饒核運動的電子構(gòu)成，原子核一般由質(zhì)子和中子構(gòu)成，一般情況下質(zhì)子帶正電，中子不顯電性，電子帶負電）

（核力：原子核中的一種力，把質(zhì)子和中子束縛在一起）

（等離子態(tài)：物質(zhì)的一種形態(tài)，簡單理解為帶電的氣體。在一萬攝氏度下，大多數(shù)物質(zhì)都是等離子態(tài)。常見的大多熾熱的恒星，包括太陽就是等離子體。地球上可以見到的閃電、激光等，人造的霓虹燈里的電離氣體等）

????????如果說核裂變說折斷一支鉛筆，那么核聚變的難度可能就是復(fù)原折斷的那支鉛筆。啊，這怎么可能？核聚變又稱核融合，一般利用氫的同位素氘（dao）核氚（chuan）融合成質(zhì)量更高的原子核氦時釋放巨大能量。海水中可以提取氘和氚，幾乎可視為取之不盡，這下不擔(dān)心用完了。（題外話：核聚變不屬于化學(xué)變化，因為核聚變時發(fā)生在原子核層面上的?；瘜W(xué)變化中最小的粒子是原子）。只要滿足一定的條件，讓原子中的電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核（同種電荷相斥）相互碰撞，距離足夠近時，核力會大于斥力發(fā)生作用，生成質(zhì)量更重的原子核，大量電子和中子逃離束縛從而釋放出巨大能量。這個條件被稱為勞遜判據(jù)，又稱點火條件：簡單說就是溫度、密度、約束時間。

????????太陽之所以能不停的產(chǎn)生核聚變，原因就是在于中心處物質(zhì)密度大（引力大），高密度、高溫和高壓狀態(tài)完全滿足核聚變條件，無時無刻都進行著熱核反應(yīng)。然而地球上找不到這種高密度大物體，滿足不了條件，作罷。另外一個我們知道的核聚變可能就是氫彈了，氫彈核聚變的觸發(fā)條件是有一個原子彈作為引導(dǎo)，短時間內(nèi)滿足高溫高密度的條件，使得滿足核聚變的條件。然而我們又無法控制原子彈的瞬間能量，作罷。

????????難道我們就無法滿足核聚變的條件么？科學(xué)家們經(jīng)過長時間的努力，提出了一個可行方案，那就是超導(dǎo)托卡馬克裝置。我同學(xué)值班所監(jiān)控的一個電流系統(tǒng)就是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（中文名為東方超環(huán)，簡稱EAST，俗稱“人造太陽”）的其中一個系統(tǒng)。截止目前為止，核聚變還是沒成功的。但是EAST是全球首次實現(xiàn)可穩(wěn)定的超過百秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子運行，處于世界領(lǐng)先地位。

????????我們知道等離子態(tài)的物體上帶電的，而帶電的物體又是受電磁場的作用力的。簡單說一下我理解的“人造太陽”原理：利用超導(dǎo)材料（低溫下部分材料才能超導(dǎo)）通可控制的電流制造穩(wěn)定的環(huán)形磁場（類似甜甜圈），帶電的等離子體會發(fā)生歐姆加熱（類似電線通電發(fā)熱）、微波加熱（向托卡馬克內(nèi)部發(fā)射電磁波加熱等離子體）、中性束加熱等，在真空室（等離子體的容器，同時也隔熱）所形成的磁場中作循環(huán)往復(fù)的環(huán)形運動，溫度達到上億度時候滿足點火條件，從而產(chǎn)生聚變，向外界輸送能量，最終造福整個人類。（大概是因為最終溫度比太陽中心1500萬的溫度更高，所以稱為“人造太陽”。目前能達到5000萬攝氏度的高溫）

????????其實仔細想一想還是蠻激動和期待的，如果將來真的有一天實現(xiàn)裂超導(dǎo)磁約束熱核聚變——這個人類最理想的新能源，并且能民用商業(yè)化。是不是我們的世界會變的更好，能量就夠用了？不再有掠奪和侵略，從此世界和平？

歷史在螺旋中上升，過往的經(jīng)歷告訴我，任何試圖一勞永逸的想法和做法都是可笑的和不可行的，只能銳意進取，一往無前

網(wǎng)易公開課有中科大的托卡馬克原理及進展相關(guān)公開課，感興趣的同學(xué)可以去搜索看看。

2018年6月19日凌晨僅作記錄