未來(lái)，人造太陽(yáng)并不是夢(mèng)想

目前，主宰世界的石油、天然氣等化石燃料，其不可再生性以及環(huán)境污染性，讓越來(lái)越多的人把目光投向清潔能源如光能、潮汐能、風(fēng)能的研究以及開(kāi)發(fā)、利用上，而科學(xué)家們還遠(yuǎn)不滿足于此。人類(lèi)明白，一切上述地球能源，歸根結(jié)底全部來(lái)自于距離地球最近的恒星——太陽(yáng)。自此，科學(xué)家們很早就曾大膽的計(jì)劃，地球上是否可以人為制造類(lèi)似小型太陽(yáng)的產(chǎn)能裝置，即“人造太陽(yáng)”計(jì)劃。

太陽(yáng)的能量來(lái)源

天體物理學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)的核心部分，溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度，壓力高達(dá)2500億個(gè)大氣壓。如此高溫高壓下，這一部分區(qū)域在不間斷的發(fā)生著核聚變反應(yīng)。根據(jù)科學(xué)家們的探測(cè)數(shù)據(jù)粗略推測(cè)，太陽(yáng)中心每秒鐘核聚變釋放的能量相當(dāng)于92千萬(wàn)億噸TNT當(dāng)量，也即相當(dāng)于每秒鐘太陽(yáng)中心，爆炸約4萬(wàn)億顆曾爆炸于廣島的“小男孩”原子彈。

實(shí)際上，我們所熟知的核武器中的氫彈，利用的正是類(lèi)似于太陽(yáng)中心的核聚變反應(yīng)。只不過(guò)這一反應(yīng)是先通過(guò)類(lèi)似原子彈的裂變反應(yīng)，提供高溫高壓極端條件，然后觸發(fā)了聚變反應(yīng)。

核能的和平利用

依據(jù)原子彈核裂變的原理產(chǎn)生能量的核電站，在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速。特別是歐洲、日本等土地面積和自然資源匱乏，科技實(shí)力卻處于領(lǐng)先地位的國(guó)家，幾乎把核電站作為本國(guó)主要的能源獲取方式。現(xiàn)有的核電廠，全部利用核裂變能，這種裂變反應(yīng)的產(chǎn)物具有強(qiáng)放射性，難以處理，并且衰變時(shí)間長(zhǎng)。一旦泄露，其核污染范圍不可想象。

而氫彈中利用的核聚變反應(yīng)同為太陽(yáng)中心的能量產(chǎn)生機(jī)制，產(chǎn)物都為日常生活中常見(jiàn)的元素，不會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)，不存在任何污染，且聚變反應(yīng)能量產(chǎn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裂變反應(yīng)。此外，不同于裂變反應(yīng)原料鈾，聚變反應(yīng)原料為氫的同位素，獲取它十分容易，并且在大海中的存量十分豐富。可以說(shuō)，聚變反應(yīng)能必將成為人類(lèi)在未來(lái)的主要能量來(lái)源。

可是，為什么現(xiàn)在一直沒(méi)有一家核電站是利用聚變能產(chǎn)生能量的呢？這就在于，觸發(fā)聚變反應(yīng)所需要的條件極為苛刻。想要在地球上人為制造類(lèi)似太陽(yáng)中心所能達(dá)到的超高溫高壓，不是一件十分容易的事。而氫彈中，利用裂變觸發(fā)聚變的方式又太過(guò)武斷、簡(jiǎn)單，只能瞬間釋放能量，無(wú)法人為可控的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)提供能量。總不能建造個(gè)電場(chǎng)，天天在里面炸氫彈吧？

ITER計(jì)劃

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor），也被稱(chēng)作“人造太陽(yáng)”計(jì)劃，于1985年被國(guó)際科學(xué)組織倡議，并于1988年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)堆的研究設(shè)計(jì)工作。2005年，歐盟、中國(guó)、韓國(guó)、俄羅斯、日本、印度和美國(guó)，這7個(gè)主要參與方正式簽署了聯(lián)合實(shí)施協(xié)定，啟動(dòng)實(shí)施ITER計(jì)劃。目前為止，ITER計(jì)劃是世界上僅次于國(guó)際空間站的又一個(gè)國(guó)際大科學(xué)工程計(jì)劃。

前文提到過(guò)，達(dá)到核聚變所需的條件極為苛刻，也即是需要接近太陽(yáng)核心處的高溫高壓。考慮到安全因素，一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該盡量避免高壓，因此只能提高溫度。在上億攝氏度的溫度下，一切已知物體都會(huì)氣化，甚至接近等離子體態(tài)，沒(méi)有一種容器能放得了這么高溫的東西。那么就自然而然地想到，利用某種裝置使加熱物質(zhì)懸浮于空中，不與其它任何物體接觸，并可以持續(xù)加熱到極高溫度。

在該計(jì)劃中，主要是利用了可以產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)的托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置。用磁場(chǎng)將帶有電荷的等離子體約束于裝置的腔體中，被磁場(chǎng)約束的高溫等離子體在腔體中懸浮著做回旋運(yùn)動(dòng)，并不會(huì)碰到腔壁。經(jīng)過(guò)逐步加熱至億攝氏度以上的超高溫度，從而觸發(fā)持續(xù)的聚變反應(yīng)。

EAST是由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計(jì)建造的世界首個(gè)全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，于2007年通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。它在近年來(lái)取得了一系列處于國(guó)際領(lǐng)先地位的實(shí)驗(yàn)成果，其科學(xué)目標(biāo)是為ITER計(jì)劃和中國(guó)未來(lái)獨(dú)立設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)行核聚變堆奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。2012年，EAST物理實(shí)驗(yàn)曾創(chuàng)造32秒高約束模世界紀(jì)錄。

而就在不久前，位于合肥的中科院等離子體物理研究院的超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置EAST報(bào)告等離子約束時(shí)間取得了重大進(jìn)步：在第11輪物理實(shí)驗(yàn)中再獲重大突破，獲得超過(guò)60秒的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體放電，不僅在等離子體參數(shù)、約束性能和維持時(shí)間長(zhǎng)度上全面、大幅度超過(guò)2012年的結(jié)果，而且實(shí)現(xiàn)了完全的非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)（即穩(wěn)態(tài)）。EAST因此成為世界首個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到分鐘量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。

因此可以樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，未來(lái)，當(dāng)有一天地球上的化石資源被人類(lèi)消耗殆盡的時(shí)候，不會(huì)是人類(lèi)文明的終點(diǎn)。新的聚變能必將開(kāi)啟人類(lèi)文明新的歷史篇章。