燃烧的“中国太阳”

季海

2021年5月28日，新华社发布了一条重磅新闻：中国的“人造太阳”在1.2亿攝氏度下，成功“燃烧”101秒。这标志着我国核聚变研究又获重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用和工程基础。

也许你想说，以上这些字我都认识，但合在一起却不明白是什么意思。本期，就让我们一起来了解“人造太阳”吧！

核聚变的惊人能量

在了解“人造太阳”之前，我们先来掌握有关核裂变和核聚变的基本知识。

当一个重原子核分裂为两个或多个质量较小的原子时（核裂变），当两个质量较小的原子核融合为一个重原子时（核聚变），反应的过程都会产生巨大的能量并释放出来。

原子弹运用的就是核裂变技术，小小一颗原子弹能够毁灭一座城市;而氢弹运用的是核聚变技术，它有多厉害，相信大家应该能想象到吧？不过，原子弹和氢弹都是武器，想要在生活中安全地使用原子能，我们就得多动脑筋了。

事实上，人类已经基本掌握了核裂变技术。全世界有几百座核电站，用的就是核裂变技术。但由于原料储量有限，且有放射性隐患，所以核裂变技术有一定局限性。

但核聚变技术不一样。一方面，核聚变的原料氘、氚，都是海水中氢元素的同位素，如果把海水中的氘全部进行核聚变，释放出的能量足以满足人类上百亿年的能源需求;另一方面，核聚变的反应过程几乎不产生辐射，非常安全。

据测算，1升海水中含有的氘，经过核聚变反应后可产生燃烧300升汽油的同等能量，因此，核聚变能源被认为是理想的终极能源。如果人类掌握了可控核聚变技术，就等于拥有了“人造太阳”——不仅日常生活中的电动汽车、手机等物品用不着充电，就连宇宙飞船都可以拥有源源不断的能源，尽情遨游太空。

既然核聚变技术这么好，为什么人类还没有掌握呢？

这是因为，核聚变只能在高温高压环境下进行。要想造出一个“人造太阳”，必须先考虑这些问题：如何将聚变材料加热到上亿摄氏度？用什么容器来装这些高温材料？如果把核聚变反应堆看成一个高温的火炉，如何点火才能保证炉子不被烧穿？

太难了！

科学岛上的“人造太阳“

安徽省合肥市西北方的董铺水库边，有一座风景优美、绿树掩映的小岛，当地人亲切地称之为“科学岛”。在岛上，中国科学院等离子体物理研究所的科学家们，研制出可控核聚变装置，让其产生的等离子体在1.2亿摄氏度下，坚持了101秒。

这是怎么做到的？

科学家的办法是，在欧姆加热的基础上，用高科技大号微波炉辅助加热原料。当然，点火问题不是最难解决的，最难解决的是如何保证炉子不被烧穿。

聪明的科学家找到了解决办法。他们不用实体材料来当炉子外壁，而是靠磁场约束，把原料给框住。具体来说，就是把核聚变燃料做成等离子体，然后用多方向的超强磁场约束等离子体，让它们稳定悬空并高速旋转，不跟容器直接接触。这个装置的中文名为“全超导托卡马克核聚变实验装置”（EAST），有“人造太阳”之称。也许你会觉得它不实用：才101秒，2分钟都没到，能解决啥问题？

拜托！我们的祖先在百万年前才学会用火，三百多年前才开始使用蒸汽机，一百多年前才观察到原子的内部结构，如今已经能在地球上制造出比太阳核心温度更高的等离子体，这速度已经相当快了！

认识到核聚变是解决人类未来能源问题的终极答案，美、德、日、韩等国都在进行相关研究。2020年12月28日，韩国名为KSTAR的超导托卡马克核聚变装置产生的等离子体在超过1亿摄氏度下维持了20秒钟。显然，与我国的纪录相比较，他们在温度上较低，在时间上也差了5倍。

“人造太阳”中国领先

现在你应该明白，我们研究“人造太阳”的原因了吧？目前，我们使用的化石能源和“人造太阳”之间的差别，就跟山顶洞人钻燧取火和用发电机发电的差别类似。从某种程度上说，“人造太阳”是真正的科技革命！

可控核聚变技术的研究一旦成功，人类将永久性地解决能源问题，这是质的飞跃。到那时，石油和煤炭将不再会被使用，由此带来的环境污染问题将被彻底解决。我们只需将几桶海水放到“人造太阳”里，就能满足一个城市的用电需求。人类还可以制造以核聚变发动机为基础的宇宙飞船，进行星际旅行。虽然这个过程还很漫长，但我们相信，若是未来有一盏被核聚变之能点亮的灯，那一定先在中国出现！

我国的“人造太阳”EAST经过了10万次实验才取得了如今的成就，这是无数科研工作者用艰辛付出和不懈坚持换来的。让我们向那些努力攻克关键核心技术、勇于攀登科技高峰的科技工作者致敬！