摘要：
11月12日，中科院等離子體所今天發(fā)布消息，我國大科學裝置“人造太陽”日前取得重大突破，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達到1億攝氏度，獲得的多項實驗參數接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運行模式所需要的物理條件，朝著未來聚變堆實驗運行邁出了關鍵一步，也為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術基礎。
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萬物生長靠太陽。
要是我們能人造一個太陽，
像鋼鐵俠里面的托卡馬克一樣，
不但可控還能源源不斷
為人類提供能量。
那該多好！
未來，
可能這將不再是一個夢了！
日前，我國“人造太陽”
又一次震撼了世界，
首次實現一億攝氏度運行，
向夢想邁出了關鍵一步！
11月12日，中科院等離子體所今天發(fā)布消息，我國大科學裝置“人造太陽”日前取得重大突破，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達到1億攝氏度，獲得的多項實驗參數接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運行模式所需要的物理條件，朝著未來聚變堆實驗運行邁出了關鍵一步，也為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術基礎。
圖/“人造太陽”大科學裝置 配圖來自央視新聞客戶端
100000000℃的高溫，
這是怎么回事兒呢？
中國“人造太陽”1億攝氏度
有什么用處呢？
要弄懂這些問題，
我們要先了解一下
什么是“人造太陽”，
“人造太陽”怎么造，
或許就知道答案了！
來聽聽專家怎么說↓↓
李建剛
中國工程院院士
中科院等離子體物理研究所研究員
演講者 | 李建剛
本文轉載自微信公眾號“SELF格致論道講壇”（ID：SELFtalks），原文首發(fā)于2018年11月12日 ，原標題為《中國“人造太陽”實現1億度運行，這是可能永久解決能源問題的黑科技》。
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人造太陽 受控的核聚變裝置
大家都知道太陽，但什么是人造太陽？看過鋼鐵俠的人都知道，鋼鐵俠里面有一個人造太陽叫托卡馬克，像一個磁線圈一樣。如果把氣體加熱到上億度，它就會發(fā)生聚變，可以像太陽一樣發(fā)出巨大的能量。
如果是現實版的托卡馬克的話，中國有兩個人造太陽，一個在合肥，另一個在成都，分別叫合肥超環(huán)和中國的環(huán)流器1號。
太陽為人類產生了很多光和熱，萬物生長靠太陽。我們想要實現聚變，一個不可控因素就是氫彈。氫彈不能輕易地爆炸，要用原子彈去把它點一下，點到上億度以后才有可能發(fā)生爆炸。
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這個太陽怎么造？
那么怎樣能夠實現“人造太陽”？我們先來了解一下聚變電站的原理吧！首先你要有磁籠子，用它形成一個等離子體，再用非常高的溫度把它加熱到上億度，加熱到上億度以后就會產生氦和中子，中子就跑到包層材料里進行加熱。加熱以后，我們通過水把它轉換成蒸汽，再通過蒸汽把電給發(fā)出去。這就是一個簡單的聚變發(fā)電原理。
（聚變堆工作原理 圖片來源于李建剛）
而“人造太陽”屬于可控核聚變。可控核聚變發(fā)生的條件極為苛刻。要發(fā)生可控核聚變，必須將反應堆維持在上億攝氏度的高溫，只有在此條件下，注入的氚和氘的布朗運動才會變得超級劇烈，或者說是狂暴，此時氘和氚的原子核才會碰撞在一起，發(fā)生核聚變，產生一個氦核和一個中子，同時放出巨大的能量。
不幸的是，迄今為止，人類發(fā)明的最耐熱的材料，也只能忍受數萬攝氏度的溫度，在一億攝氏度以上的高溫面前，一切材料都只能俯首稱臣。于是，研究核聚變便歸結為一個簡單的問題：用什么東西約束住可控核聚變發(fā)生時的超高溫物質？
磁場！這是科學家們異口同聲的答案。利用磁場約束住上億攝氏度的等離子體，讓這團等離子體“懸浮”于磁場之中，這樣，就不需要耐高溫容器了。在這團受約束的超高溫等離子體中源源不斷地注入氚和氘，人類就可以實現可控核聚變了！
但是說起來簡單，做起來沒有那么容易，離實現還很遙遠。我們要解決要用什么材料做磁籠子，不會消耗能量，因為我們想要實現的目標是維持一億攝氏度。除此以外，還有很多其他問題待解決，比如一旦發(fā)生聚變的時候——氫彈爆炸，只要它發(fā)生爆炸的時候就會有強烈的沖擊波，它跟周邊材料(就是懸浮起來的也不行)發(fā)生強相互作用，所以控制要非常精確，精確到零點幾個毫米和零點幾個毫秒以下，否則只要一偏心，它就碰到什么燒什么。可以說這件事真是難，難于上青天。為什么?因為美國人在60年代已經上了天、登了月，但是他們到現在也沒有做出一個能夠真正發(fā)電的“人造太陽”。
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1億攝氏度意味著什么？
那現在明白這個成就意味著什么了吧？它是繼去年5000萬攝氏度、101.2秒高約束模等離子體運行的世界紀錄后，又創(chuàng)造了新的世界紀錄，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦；在電子回旋與低雜波協(xié)同加熱下，等離子體中心電子溫度達到1億攝氏度，這是可控核聚變必須達到的溫度。
該實驗實現了高約束、高密度、高比壓的完全非感應先進穩(wěn)態(tài)運行模式，獲得的歸一化參數接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運行模式所需要的物理條件，為正在進行的中國聚變工程實驗堆（CFETR）工程和物理設計提供了重要的實驗依據與科學支持，也就意味著我們向“人造太陽”邁進了具有里程碑意義的一步。
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中國聚變之路
有了裝置以后，我們就覺得應該去做一個更大的事情——驗證工程的可行性。
大約在1985年，盡管是冷戰(zhàn)的時候，里根和戈爾巴喬夫也談了一件象征著人類美好前景的事情——在地球上建一個人造太陽。這個人造太陽是50萬千瓦，跟現在的發(fā)電站差不多。
談判確定一共有七方參加，歐盟占最大一塊45%，其他的六方——中國、日本、美國、韓國、印度各占9%，共出資100億歐元，要在法國Cadarache（卡達拉舍）建世界第一個真正意義上的人造太陽，叫國際熱核聚變實驗堆ITER。它要運行20年，即需要能夠在大規(guī)模的、幾十萬千瓦的基礎上運行很長時間。這就是要驗證聚變的工程可行性。到底規(guī)模有沒有這么大，這么大的規(guī)模以后行不行？這里牽扯到特別多的技術。這是中國參加的一個最大的國際合作項目，價錢是100億歐元，其中中國占9%，也是9億歐元，這是一個很大的數字。
首先它要形成的磁籠一共有18段，像橘子瓣一樣。這是什么概念？波音747重量370噸，這一個線圈在360噸左右；價錢也是差不多的，波音747是2.6億美元，這大概是2.8億歐元。
我們國家在參加ITER之前是生產短樣的。繞這么一個線圈，里面要將近十萬米導線，重150噸。我們國家在參加這個國際合作之前，四十年之間只產生了36公斤短樣。
ITER使得國內的企業(yè)發(fā)展得非常好，已經形成了全世界最先進的技術，規(guī)模和產量也是最大的。西安的有色金屬研究院、西部超導公司現在一年可以生產150噸；除此之外，國內的核磁共振、GE的所有線幾乎超過一半都是ITER的材料在供應；還有我國航母的殲15的起落架，飛機落地的一剎那沖擊力非常大，所以對材料的要求非常之高，用ITER上面的材料終于解決了航母的起落架的問題。這是第一個例子。
第二個例子。剛才說的上億度的東西的第一層屏蔽叫核導，長得像多腳的怪獸一樣。它有多重？一百年前的埃菲爾鐵塔是7300噸，而這個有8000噸，所以這個材料要難得多。這是一種特殊的不銹鋼，它首先要降到零下269度，同時它要耐強輻射，我們國家在參加ITER之前從來沒有生產過。參加ITER之后，通過跟國際合作，山西太鋼現在可以年產15000噸，得到了很大的發(fā)展。
盡管聚變能離我們還是很遙遠，但是通過國際合作，中間產生的過程和技術都能夠非常好地用在國民經濟上。
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未來中國的聚變到底怎么做？
60年內實現商用
未來中國的聚變到底怎么做？咱們的聚變到底什么時候才能實現？
我們現在正在做實驗裝置、參加ITER，但是希望十年以后能建造中國自己的工程堆，這樣才能夠驗證發(fā)電。有了這個東西以后，在50年到60年之間就能商用化。
這是我們設計的中國工程聚變堆，里面有一個主機裝置。這個設計象征著大鵬展翅騰飛，象征著人類追求聚變的夢想，象征中華民族騰飛的夢想。
經過二三十年的努力，真正的人造太陽會冉冉升起，對中國來講，聚變的需求比任何一個國家都急迫。
1982年我到了合肥的一座非常偏僻的島上——董鋪島，一做就是34年。非常有幸，作為一個中國的科學家，每一任領導都到過現場，這給了我們很高的鼓勵，也包括俄羅斯的總理，他們都說過同樣一句話——中國需要能源，中國一定要在人類實現這種聚變的路上起到不可取代的作用。
50年前，人類就有個夢想——希望實現人造太陽。上大學的時候，我也有這個夢想。我希望在有生之年能夠做出人造太陽，讓沒有被文明照亮的地方被聚變能點亮。
作為一個中國人，我希望第一個聚變電站是最好的，而且必須要建在中國。
