“人造太阳”会成为下一代清洁能源吗

文／本刊实习记者 都芃

100万安培是什么概念？不久前，中核集团核工业西南物理研究院传来捷报，我国新一代“人造太阳”（HL-2M）等离子体电流突破100万安培（1兆安），创造了我国可控核聚变装置运行的新纪录。100万安培，这个巨大数字背后，是我国“人造太阳”向着核聚变点火迈出的重要一步。

什么是“人造太阳”？

“人造太阳”即托卡马克装置，是通过模拟太阳核聚变，利用可控热核聚变反应来为人类提供清洁能源的一种装置。托卡马克装置的中央是一个环形真空室，里面注满气体，外面缠绕着线圈。线圈通电以后，会在托卡马克内部产生巨大的螺旋型磁场，里面的气体将被电离成等离子体并形成等离子体电流，当等离子体被加热到极高温度后，便可达到核聚变条件。

中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所副所长、HL-2M实验负责人钟武律告诉记者，要衡量核聚变装置及核聚变研究水平，主要看3个参数：燃料的离子温度、等离子体密度和能量约束时间。3个参数缺一不可：首先温度要足够高，能够使燃料变成超过一亿摄氏度的等离子体；二是密度要足够大，这样原子核发生碰撞的概率就大；三是等离子体能够在装置内被约束足够长的时间。只有当这3个参数的乘积超过一个特定数值时，才能够达到发生核聚变反应的条件。而等离子体电流的大小将显著影响3个参数中的等离子体密度和能量约束时间。因此，钟武律表示，未来托卡马克装置要实现稳定运行，等离子体电流必须要超过1兆安。这样聚变3个参数的乘积才有可能超过特定数值，实现聚变点火。

等离子体电流听起来“高大上”，但钟武律告诉记者，其基本原理实际非常简单。“我们的托卡马克装置其实就是在一个大型真空容器里面注满气体，然后把气体电离变成等离子体，再用强磁场把带电粒子控制住，让它在真空容器里面悬浮起来。类似的等离子体在生活中其实很常见，比如日光灯管中就有。”

实现核聚变发电还有多远？

相比于人类目前采用的多种能源，核聚变能堪称是真正的“未来能源”：一方面，核聚变的反应原材料氘能够在海水中获得，储量丰富，取之不竭。1升海水中提取的氘完全发生聚变反应时，其释放的能量相当于燃烧300升汽油。另一方面，相比于依靠核裂变产生能源，核聚变的安全性也更为可靠。如果说核裂变是把镜子摔碎，那么核聚变就是把摔碎的镜子复原。核聚变通常是将氢的同位素、轻原子核氘和氚结合成较重的原子核氦来释放巨大能量。而要想让原本独立的两个原子核克服各种阻碍合为一体，对温度、密度、约束时间等条件的要求都极为苛刻，一旦条件受限，反应无法维持，核聚变就不会发生。

核聚变虽然好处很多，但必须承认目前距离依靠核聚变产生能源发电，还有很长的路要走，现阶段最为实际的目标是实现真正的核聚变点火。钟武律表示，HL-2M不仅在等离子体电流这一参数上拥有领先优势，其设计等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度，同样能够满足点火要求。未来，HL-2M将继续有条不紊地开展后续实验工作，冲击更高的等离子体电流和离子温度等参数，全面提升核聚变3个参数，向着核聚变点火不断迈进，实现我国“人造太阳”研究新的飞跃。