21世纪的“逐日之旅”

李彤

来自太阳的启发

茫茫宇宙，芸芸众星，太阳是一颗籍籍无名的恒星，就算是在银河系这个大家庭里，它也只是一名普通成员。然而，对于地球上的生物来说，太阳是生命的源泉。太阳是地球上光和热的主要来源，太阳的活动影响着地球的方方面面。

现今，人类使用的能源大多数来自太阳辐射。石油、煤炭和天然气是阳光养育的上古动植物深埋于地下形成的；风能则是由于太阳能在地面分布不均，热量差驱动大气环流形成的；水能是因为地表水受太阳照射蒸发后，随着大气环流形成水循环而形成的。

你知道吗，地球只接收了太阳辐射能量的二十二亿分之一。太阳的能量如此巨大，这引发了人类的思考：太阳的“超能力”从何而来？我们能否制造一个“太阳”？

核聚变——人类永续的希望

1920年，英国物理学家爱丁顿发表了一篇论文，他猜测太阳的能量可能来源于自身内部的核聚变。但是，当时核聚变、核裂变的理论尚未建立，自然无法对其猜测进行科学验证。直到1938年，美国物理学家汉斯·贝特才从理论上确定了太阳的能量来自核聚变。

太阳内部发生的核聚变是怎么一回事呢？这是一个极为复杂的过程，简单来说，是4个氢原子核经过一系列复杂的变化，聚合成1个氦原子核，反应过程中会释放出巨大能量。正因为太阳中时刻不停地进行着核聚变反应，才使得它能源源不断地向外释放辐射能量。

核聚变燃料与化石燃料相比，有什么优势呢？首先，核聚变原料可以从海水里获得，因此是取之不尽的；其次，核燃料释放的能量，远远大于等质量的化石燃料。另外，当前人类的核电站采用的是重核裂变反应，核裂变原料主要为铀-235，通过热中子轰击铀原子核使其分裂，释放能量。核裂变原料一旦泄漏就会导致严重的＼持续数百年的核污染，而核聚变的产物是中子和氦气（对人体无害的气体），没有高放射性污染。

如果掌握了可控核聚变技术，人类将再也不用为能源問题发愁，当前我们遇到的各种困难将会迎刀而解。

中国EAST领跑核聚娈

自从人类发现核聚变反应以来，科学家们就一心想要驯服这头“能量怪兽”，但这个过程如同夸父逐日一般艰辛而困难。人工核聚变反应需要高温、高压才能触发，而核聚变发生时又会释放大量能量，导致温度和压力再度升高。严格控制反应时的温度和压力，同时将能量导出，是可控核聚变技术的核心难点。

托卡马克（Tokamak）是苏联科学家于20世纪50年代发明的环形磁约束受控核聚变实验装置。半个多世纪以来，各国科学家沿着这条道路努力前行，已经证实了该方案的可行性。虽然距离“人造太阳”的梦想尚远，但在核聚变实验领域，中国科学家已然成为领跑者。

2006年9月28日，世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置（EAST）首轮物理放电实验取得成功，标志着中国站在了世界核聚变研究的前端。全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置有“人造太阳”之称，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度，使其发生聚变反应，反应过程中会产生巨大能量。

2012年，中国科研人员通过EAST获得了超过400秒的2000万摄氏度高参数偏滤器等离子体，打破世界纪录。2021年12月，中国EAST实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，再创纪录。2023年4月，中国EAST成功实现403秒稳态长脉冲高约束等离子体运行模式，领先全球。我们有理由相信，“人造太阳”终有—天会在地球上点亮，为人类的资源安全做出贡献。