當(dāng)初普羅米修斯為人類盜火，現(xiàn)如今人類開始自己制作“火種”！這個(gè)科學(xué)裝置可為人類提供延綿數(shù)億年源源不斷的能量！

近日來，新一代人造太陽“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”取得重大科研進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，是我國(guó)核聚變能開發(fā)進(jìn)程中的重要里程碑，標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。

其實(shí)除了上面中國(guó)環(huán)流三號(hào)，我國(guó)的東方超環(huán)（EAST）、中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A（HL-2A）、M（HL-2M）都屬于“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置。

其中HL-2M（中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M）和EAST（全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置），是我國(guó)最主要的兩個(gè)聚變?cè)囼?yàn)堆，其分別已取得1MA等離子體電流、1億度等離子體溫度和1000秒等離子體約束時(shí)間等多項(xiàng)成果。

其實(shí)就是核聚變裝置，由于其發(fā)生核聚變的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的原理很相似，所以這些裝置被人們稱為“人造太陽”。

為什么需要這些“人造太陽”？

太陽對(duì)人類最大的作用是什么？是給地球提供源源不斷的能量。人類制造“人造太陽”的最終的目的就是要利用它來實(shí)現(xiàn)可控核聚變，通過核聚變反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定地輸出能量，產(chǎn)出源源不斷的能源，最終解決人類的能源問題，從而造福人類。如果人類的能源問題能解決，可以將人類文明向前推進(jìn)一大步！這也是之前韓國(guó)室溫超導(dǎo)材料LK-99引起全世界關(guān)注的原因。

雖然在20世紀(jì)50年的氫彈的爆炸標(biāo)志著地球上實(shí)現(xiàn)了聚變核反應(yīng)，但其瞬間的猛烈爆炸無法控制，聚變時(shí)放出的巨大能量無法作為社會(huì)生產(chǎn)和人類生活的能源，所以必須對(duì)劇烈的聚變核反應(yīng)加以控制，因而稱為受控核聚變。

要控制核聚變，需要極高的溫度和充分的約束，兩個(gè)氘核的聚變反應(yīng)溫度上就必須高達(dá)1億度！對(duì)于氘核與氚核間的聚變反應(yīng)，溫度必須在5000萬度以上。充分的約束，就是說將高溫等離子體維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間(相對(duì)而言)，以便充分地發(fā)生聚變反應(yīng)，放出足夠多的能量，使聚變反應(yīng)釋放的能量大于產(chǎn)生和加熱等離子體本身所需的能量及其在這過程中損失的能量。

可控核聚變通常采用三種方式：一是重力場(chǎng)約束；二是慣性約束；三是磁約束。中國(guó)環(huán)流三號(hào)就是磁約束核聚變裝置，也是人們所稱的“人造太陽”。

“人造太陽”產(chǎn)生的能源和現(xiàn)有的核電站有何不同？

首先，它們的本質(zhì)區(qū)別為：“人造太陽”是核聚變能，而現(xiàn)在的核電站是核裂變能。現(xiàn)有核電站具有一定的危險(xiǎn)性，如1979年美國(guó)三里島壓水堆核電站事故和1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利石墨沸水堆核電站事故以及2011年日本福島核電站事故，其核泄漏和核廢料處理問題都給人們帶來巨大的危險(xiǎn)。

其次，原料儲(chǔ)量非常豐富。核聚變的原料——氘和氚能夠從海水中提取出來，一升海水中提取的原料通過核聚變反應(yīng)生成的能量相當(dāng)于燃燒300升汽油。這樣算來，地球上的海水至少可以供人類使用上億年。再者，核聚變能非常清潔、環(huán)保。不論是核聚變的原料還是生成物，都沒有放射性，也沒有污染環(huán)境的氣體產(chǎn)生，所以說是一種非常清潔的能源。最后，核聚變能特別安全，它沒有核放射性，所以也就不存在核泄漏和核廢料處置問題，即使出現(xiàn)危險(xiǎn)，也只是終止反應(yīng)，不會(huì)對(duì)環(huán)境和人員造成傷害。因此，核聚變能也就綜合所有的優(yōu)點(diǎn)于一身，清潔、環(huán)保、安全、原料豐富。

“人造太陽”何時(shí)能夠真正持續(xù)地提供清潔能源？

近年來，核聚變技術(shù)取得重大突破的消息不斷傳來，此次中國(guó)環(huán)流三號(hào)的進(jìn)展也意味著核聚變距離技術(shù)成熟又近了一步,雖然在技術(shù)上取得了突破，但從實(shí)驗(yàn)室到建設(shè)核電站的落地過程中依然充滿了不確定性，核聚變離真正的商業(yè)運(yùn)行還是很遠(yuǎn)。

中科院合肥研究院等離子體物理研究所副所長(zhǎng)胡建生在2022年04月22日接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》的記者專訪時(shí)表示：“人造太陽”的最終研究目標(biāo)是為人類提供清潔能源。針對(duì)這一遠(yuǎn)期目標(biāo)，需要從物理研究、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等方面共同發(fā)力，取得全面進(jìn)展，最終使聚變能成為可靠的能源。其中物理研究方面，主要需解決的問題是燃燒等離子體的實(shí)現(xiàn)及其穩(wěn)定自持。工程技術(shù)方面，最關(guān)鍵的領(lǐng)域有高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)、氚循環(huán)利用、反應(yīng)堆材料研發(fā)、聚變核安全等。經(jīng)濟(jì)性方面，需重點(diǎn)解決能量轉(zhuǎn)換、電網(wǎng)技術(shù)等。

參考資料：

1.趙覺珵，張卉，.中國(guó)實(shí)際應(yīng)用“人造太陽”不是夢(mèng)[J]環(huán)球時(shí)報(bào)，2022-04-22 （008）

2.中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所科普?qǐng)@地-EAST，,http://www.ipp.cas.cn/kxcb/hjb/EAST/

3.中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所科普?qǐng)@地-受控核聚變基本原理，http://www.ipp.cas.cn/kxcb/kpzt/hjbzs/201210/t20121004_99690.html