离“人造太阳”更近一步

■小 花/整理

前不久，中国、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国等30多个国家共同参与的国际热核聚变实验反应堆（ITER）计划启动主体安装工作，标志着人类距离“人造太阳”的梦想又近了一步。

“人造太阳”是什么？已经有了一个太阳，为什么还要再造一个太阳？要说清这些问题，需要从能源说起。

人类从生产到生活，无一不需要能源。但地球上的能源并非取之不尽，比如煤、石油等化石能源大概只能用几十年。除了储量有限，化石能源还有一个问题，就是污染环境。风能、水能虽然干净，但供应量有限，且受自然条件影响大。

图1 国际热核聚变实验反应堆（ITER）装置与祈年殿大小对比图（图/中核集团西物院）

人类千方百计地想解决能源不足的问题，但迄今为止，没有任何一种方式能像太阳那样无限供应能源且不带来污染。于是在核技术不断创新的今天，人们对建设一个“人造太阳”的愿望愈发强烈。

“人造太阳”的产能原理

太阳是利用核聚变反应不断向地球输送能源，“人造太阳”当然也需要借助核技术。而这种核技术又分为核裂变和核聚变两种方式。

核裂变是由重的原子核分裂变化为轻的原子核，从而产生巨大的能量。核聚变是将两个质量轻的原子核“聚合”成一个重原子核，其反应的完美之处在于：反应产物仅为惰性气体氦，无毒无害；在运行过程中可以即关即停，极少产生放射性废物或其他不可控的负面效果；原料容易获得。

核聚变部分关键技术已经被应用到生活中的方方面面，如医用高场核磁共振、军民两用高功率微波技术、病菌灭活等，甚至很多科幻电影中都常有它们的身影。如《复仇者联盟》中钢铁侠胸口的能量方舟反应堆，从科幻角度去理解，可以看作是“人造太阳”发电站的浓缩版。

“人造太阳”有多难

从广义角度而言，作为科学研究，“造个太阳”并不难。从20世纪50年代开始，世界上大大小小的“人造太阳”核聚变实验设备不断涌现。但从狭义角度而言，人类离最终能真正利用“人造太阳”还有一定的距离。

这是因为，“人造太阳”装置的反应条件很苛刻：高温度、高压力、有限空间内的高约束和稳定约束时间等。以现有工程、材料技术等，还有很多条件达不到。而且，人们不仅仅是要“造一个太阳”，更重要的是了解“人造太阳”的“行为习惯”，掌握其规律并为人类所用，这才是“人造太阳”最难的地方。

中国的“人造太阳”

在世界多国开展可控核聚变研究的同时，中国“人造太阳”的建设也没有掉队。

1984年，中国环流器一号（HL-1）建成，它是中国可控核聚变领域第一座大型科学工程装置，也是中国核聚变研究史上的重要里程碑。从此，中国在核聚变领域的研究一步步壮大：1995年，中国第一个超导托卡马克装置HT-7在合肥建成；2002年，中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置——中国环流器二号（HL-2A）；2006年，世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次等离子体放电成功……

图2 中国环流器一号（HL-1）装置（图/中核集团西物院）

2020年投入运行的“中国环流器二号M”（HL-2M）装置成为我国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验研究装置，由于HL-2M装置采用了更先进的结构与控制方式，其等离子体体积为我国现有装置的2倍以上，离子温度达到1亿摄氏度以上，可将电流从我国现有装置的1兆安培提高到2.5兆安培以上。它将为我国培养聚变堆实验运行人才及自主设计、建造未来聚变堆提供重要技术支撑。

作为世界聚变研究的重要组成部分，中国环流器系列装置多项成果达到世界水平，每一个数据的产生都经过了科研人员长达数年的准备工作和反复验证，凝聚了无数科研人员的汗水，随着一个个难点被突破，人类离“人造太阳”的梦想越来越近。