小花

前不久，中國、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等30多個國家共同參與的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）計劃啟動主體安裝工作，標志著人類距離“人造太陽”的夢想又近了一步。

“人造太陽”是什么？已經有了一個太陽，為什么還要再造一個太陽？要說清這些問題，需要從能源說起。

人類從生產到生活，無一不需要能源。但地球上的能源并非取之不盡，比如煤、石油等化石能源大概只能用幾十年。除了儲量有限，化石能源還有一個問題，就是污染環(huán)境。風能、水能雖然干凈，但供應量有限，且受自然條件影響大。

人類千方百計地想解決能源不足的問題，但迄今為止，沒有任何一種方式能像太陽那樣無限供應能源且不帶來污染。于是在核技術不斷創(chuàng)新的今天，人們對建設一個“人造太陽”的愿望愈發(fā)強烈。

“人造太陽”的產能原理

太陽是利用核聚變反應不斷向地球輸送能源，“人造太陽”當然也需要借助核技術。而這種核技術又分為核裂變和核聚變兩種方式。

核裂變是由重的原子核分裂變化為輕的原子核，從而產生巨大的能量。核聚變是將兩個質量輕的原子核“聚合”成一個重原子核，其反應的完美之處在于：反應產物僅為惰性氣體氦，無毒無害;在運行過程中可以即關即停，極少產生放射性廢物或其他不可控的負面效果;原料容易獲得。

核聚變部分關鍵技術已經被應用到生活中的方方面面，如醫(yī)用高場核磁共振、軍民兩用高功率微波技術、病菌滅活等，甚至很多科幻電影中都常有它們的身影。如《復仇者聯(lián)盟》中鋼鐵俠胸口的能量方舟反應堆，從科幻角度去理解，可以看作是“人造太陽”發(fā)電站的濃縮版。

“人造太陽”有多難

從廣義角度而言，作為科學研究，“造個太陽”并不難。從20世紀50年代開始，世界上大大小小的“人造太陽”核聚變實驗設備不斷涌現(xiàn)。但從狹義角度而言，人類離最終能真正利用“人造太陽”還有一定的距離。

這是因為，“人造太陽”裝置的反應條件很苛刻：高溫度、高壓力、有限空間內的高約束和穩(wěn)定約束時間等。以現(xiàn)有工程、材料技術等，還有很多條件達不到。而且，人們不僅僅是要“造一個太陽”，更重要的是了解“人造太陽”的“行為習慣”，掌握其規(guī)律并為人類所用，這才是“人造太陽”最難的地方。

中國的“人造太陽”

在世界多國開展可控核聚變研究的同時，中國“人造太陽”的建設也沒有掉隊。

1984年，中國環(huán)流器一號（HL-1）建成，它是中國可控核聚變領域第一座大型科學工程裝置，也是中國核聚變研究史上的重要里程碑。從此，中國在核聚變領域的研究一步步壯大：1995年，中國第一個超導托卡馬克裝置HT-7在合肥建成;2002年，中國建成第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置——中國環(huán)流器二號（HL-2A）;2006年，世界上第一個全超導托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次等離子體放電成功……

2020年投入運行的“中國環(huán)流器二號M”（HL-2M）裝置成為我國規(guī)模最大、參數(shù)最高的磁約束可控核聚變實驗研究裝置，由于HL-2M裝置采用了更先進的結構與控制方式，其等離子體體積為我國現(xiàn)有裝置的2倍以上，離子溫度達到1億攝氏度以上，可將電流從我國現(xiàn)有裝置的1兆安培提高到2.5兆安培以上。它將為我國培養(yǎng)聚變堆實驗運行人才及自主設計、建造未來聚變堆提供重要技術支撐。

作為世界聚變研究的重要組成部分，中國環(huán)流器系列裝置多項成果達到世界水平，每一個數(shù)據(jù)的產生都經過了科研人員長達數(shù)年的準備工作和反復驗證，凝聚了無數(shù)科研人員的汗水，隨著一個個難點被突破，人類離“人造太陽”的夢想越來越近。