竟然1升海水替代300升汽油！中國的人造太陽到底多厲害？

竟然1升海水能替代三百升汽油！中國的人造太陽到底多厲害？

中國的「人造太陽」，是世界上第一個「人造太陽」。中國的「人造太陽」，全稱是「中國環流器二號M裝置」，它可以像太陽一樣發光發熱。　但「人造太陽」至少滿足「極高的溫度」與「充分的約束」兩個苛刻條件，才能實現核聚變反應永續進行，並為人類所應用。

根據國內媒體報導，中國核工業集團公司西南物理研究所所長段旭儒在2019年中國聚變能源大會上宣布，我國新一代的可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」（簡稱HL-2M），將於2020年投入使用。

據專家稱，中國人造太陽的溫度比真正太陽的溫度還高，產生的能量更大。據悉，中國人造太陽的溫度可以達到驚人的2億度，是現在太陽溫度的4倍。如果說夏天40度氣溫很難讓人忍受，那麼2億度，意味著任何物體都會瞬間被氣化。如果將人造太陽投入日常生活，今後不論春夏秋冬，黑夜變成白晝，老百姓及社會工業的耗電量也會大幅減少。

人造太陽產生的能量到底有厲害呢？

比如1升海水，通過聚變產生的能量相當於300升汽油。但是它的漂亮之處在於：反應後的產物無毒無害，僅僅是惰性氣體氦，而且在運行的過程中，可以隨時隨地關閉。值得一提的是，其產生放射性廢物或是發生不可控的局面之概率微乎其微。重要的是聚變反應所需要的元素大部分來自於海水，原料來源很容易。

假如人造太陽一旦真的投入應用，意味著社會將會進入到一個完全不一樣的全新狀態及水平，人類生活方式將會出現翻天覆地的變化。目前，中國在到太陽領域已經處於遙遙領先的水平。未來中國也會在人造太陽製造方面創造奇蹟，在全球擁有更高的話語權。

什麼是人造太陽？

人造太陽通俗講，實際上就是核聚變反應堆，是利用太陽發光發熱的原理人為製造出一個太陽。因為太陽本身就是一個巨大的核聚變反應堆，太陽內部有大量氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)。因此，太陽在高溫高壓的環境下，這些氘原子和氚原子不停地撞擊而進行聚變反應，由此，產生了照亮整個太陽系的巨大熱量。

值得一提的是，做到可控制的核聚變是非常困難的事情，包括傳統發達國家美國、日本等都沒想到過去掌握核聚變，但目前中國可控核聚變水平已是世界最高、穩定性最強的。因此，很多外媒報導說，中國這款「人造太陽」又拿下了一個世界第一。

人造太陽有一個全球計劃（ITER）

人造太陽有一個全球計劃——"國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃"，它是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，建造約需10年，耗資50億美元(1998)。ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導託克馬克，俗稱"人造太陽"。

2003年1月，中國參加了ITER計劃談判，2006年5月，中國ITER談判聯合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草籤了ITER計劃協定。這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。

2013年1月5日中科院合肥物質研究院宣布，"人造太陽"實驗裝置輔助加熱工程的中性束注入系統在綜合測試平臺上成功實現100秒長脈衝氫中性束引出。

2018年11月，有「人造太陽」之稱的全超導託卡馬克大科學裝置EAST，實現1億攝氏度等離子體運行等多項重大突破，獲得的實驗參數接近未來聚變堆穩態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。

中國在託卡馬克實驗裝置裡程碑突破（人造太陽）

中國的超導託卡馬克實驗裝置（EAST），2017年在全球首次實現了上百秒的穩態高約束運行模式，無疑這是裡程碑式突破！為中國下一代核聚變裝置的建設和國際核聚變清潔能源的開發利用奠定堅實的技術基礎。

說起EAST的學名——大型非圓截面全超導託卡馬克裝置，幾乎沒多少人知道，若說起「人造小太陽」馬上能夠明白。

人造太陽熱核聚變能量驚人。比如一個一百萬千瓦電站需要50萬噸煤，核電站需30噸核燃料，但同樣級別熱核聚變電站僅需要100公斤重水和鋰，因此，相比目前的核電站，熱核聚變是完全安全可控的，因為熱核聚變產生的只是氦氣，並且海水資源是無限的，同時又是清潔能源。

根據科學家測算，一升海水含有0.03克氘，產生的聚變能源相當於300升汽油，也相當於把一升海水」變成「三百升汽油。海水中共有超過45萬億噸氘，釋放的能量夠人類使用上億年。

更重要的是，核聚變反應的產物是氦元素和中子，不產生任何有害物質，堪稱完全清潔的能源。

　

所以，人造太陽能源被認為是未來人類終極能源。近50年，人類渴望把人造太陽驚人的能量持續不斷、穩定地輸送給電站，而託卡馬克是實現這一「完美能源」的化身。

什麼是託卡馬克？

託卡馬克最早是由蘇聯人發明的。最初是蘇聯莫斯科的庫爾恰託夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。

二戰末期，前蘇聯和美、英各國曾出於軍事上考慮，因此，一直在互相保密的情況下展開對核聚變的研究。研究中，幾千萬、甚至幾億攝氏度高溫的聚變物質需要裝在什麼容器裡，在當時一直是困擾科學家的的重大難題。

二十世紀五十年代初期，前蘇聯科學家提出了託卡馬克的概念。

託卡馬克( T OKAMAK)在俄語中是由「環形」、「真空」、「磁」、 「線圈」幾個詞組合而成，是一種形如麵包(多納)圈的環流器，依靠等離子體電流和環形線圈產生的強磁場，將極高溫等離子狀態的聚變物質約束在環形容器裡，以此來實現聚變反應。

在託卡馬克的中間，是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候託卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

相比其他方式的受控核聚變，託卡馬克擁有很多的優勢。比如1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上，阿齊莫維齊宣布在蘇聯的T-3託卡馬克上實現了電子溫度 1 keV，質子溫度 0.5 keV，nτ=10的18次方m-3.s，這是受控核聚變研究的重大突破，一時間在全球掀起了一股託卡馬克的熱潮，世界各國相繼建造或改建了一批大型託卡馬克裝置。

其中比較著名的有：美國普林斯頓大學由仿星器-C改建成的 ST Tokamak、美國橡樹嶺國家實驗室的奧爾馬克、法國馮克奈-奧-羅茲研究所的 TFR Tokamak、英國卡拉姆實驗室的克利奧(Cleo)、西德馬克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。

中國在2006年9月28日，耗時8年及耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST首次成功完成放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。EAST成為世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。

值得一提的是，雖然託卡馬克最早是蘇聯人的發明，但上世紀90年代初，中國當時卻用400萬人民幣生活物資，向前蘇聯換來了當時價值1800萬盧布的託卡馬克裝置。

中國花了一年半的時間把託卡馬克全部拆掉，又用了兩年的時間把它裝起來，並在這上面做了大量的實驗。可貴的是，世界上其他國家都做到幾秒鐘，而中國在這個裝置上做到了在1000萬攝氏度上持續60秒放電！

熱核聚變能夠產生上億攝氏度高溫的等離子體，比太陽中心部的溫度還要高五六倍，因此，它跟周邊的材料是強相互作用，在控制上，必須非常精確，甚至於精確到零點幾個毫米和零點幾個毫秒以下，否則的話會釀成大禍，因為只要一偏心，碰什麼燒什麼。

怎麼才能真正實現製造「人造太陽」？

科學家們想了一個辦法，就是把一團上億攝氏度的等離子體火球，用磁場把它懸浮起來，尤其是跟周邊的任何容器材料都不接觸，這時候就可以對它加熱、控制，進而實現「人造太陽」。

因為託卡馬克產生磁場的線圈是用常規的銅線做的，所以，消耗大量的能量，採用超導技術就比較容易得到聚變能量。在託卡馬克的基礎上，中國中科院等離子體所科研人員僅僅用10年時間，就自主設計和建造出世界上首個全超導託卡馬克裝置EAST。

中國的全超導託卡馬克(EAST)，也叫東方超環，是中國「人造太陽」的國家大科學裝置。「東方超環」EAST是全球第一個全超導非圓截面核聚變實驗裝置，集中了超高溫、超低溫、超大電流、超強磁場和超高真空等多項極限。

中國人造太陽「從設計到建設，都是自己製造，整個項目的國產化率達到90%以上，自研率在70%以上，同時還取得了68項具有自主智慧財產權的技術和成果。中國成為繼俄、法、日之後第四個擁有超導託卡馬克裝置的國家。

」東方超環「創造了核聚變的世界紀錄

由於氘核與氚核間發生聚變反應時，溫度須達到5000萬攝氏度以上。另外，將高溫等離子體維持相對足夠長的時間，才能充分發生聚變反應，釋放出足夠多的能量。

1）2017年7月，「東方超環」在世界上首次實現5000萬度等離子體持續放電101.2秒的高約束運行，實現了從60秒到百秒量級的跨越，創造了核聚變的世界紀錄。

2）2018年11月，「東方超環」首次實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦。在電子迴旋與低雜波協同加熱下，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，獲得的實驗參數接近未來聚變堆穩態運行模式所需要的物理條件。

3）2018年在首次實現1億度溫度情況下，但這一次「東方超環」將1億度維持了近10秒鐘，再獲重大突破。

除「東方超環」之外，由中核集團核工業西南物理研究院承建的新一代可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」也在加快建設中。該裝置預計2020年將投入運行。

值得一提的是，這一裝置採用了更先進的結構與控制方式，等離子體溫度有望超過驚人的2億攝氏度。

中國為什麼要搞「人造太陽」？

一、地球資源是有限的，並非取之不盡，用之不竭，終究有一天資源會被消失殆盡。如果按地球上石油資源的儲存量來看，僅僅只夠人類繼續使用大約150年到200年左右的時間。太陽能同樣如此。 因此，人口過剩導致的地球資源問題已十分突出，人類尋找新能源勢在必行，因此，不能等到地球資源枯竭的那一天，否則人類命運面臨著生存囧境。

二、不計後果的開採，經讓地球不堪重負。由此，科學家們想到了人造資源的方式，製造綠色的能源來代替不可再生的能源。中國是一個能源大國，每年能耗達數十億噸標煤。由於條件限制，在長時間內我國能源生產都將以煤為主，佔比一度高達70%。為長期可持續發展，必須儘快採用可靠的非化石能源，就像核裂變或核聚變能、太陽能、水能等，以此來替代大部分煤及石油的消耗，就是在地球資源能源消耗殆盡前，必須要找到可以代替的新能源，自造太陽代替天空中的太陽。

三、在人造太陽實施之前，人造一模一樣的太陽，無異於異想天開，沒有想到的是，中國人造太陽已簡單成型，並且更加環保，更加節能。目前，人造太陽經過測試，其溫度可達到太陽的7倍，一旦正式被投入使用，將為中國的大部分地區提供人造電力，且人造太陽所蘊含的能量夠我們生活100一年，即使太陽消失了，人類在地球上仍然能安然無恙地生存下去。

中國參加ITER歷程及成績

中國核聚變研究起步很早，從1958年起已60多年。我國的核聚變研究和國際水平相比存在較大差距。2007年，中國正式參加了國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，這是中國參加最大的一個國際合作項目，ITER是目前世界上最大磁約束核聚變裝置，也是第一個可以稱為堆的磁約束聚變研究設施，需要各國同心協力，才能實現目標。

該裝置按計劃建成時間是2025年。在這個國際合作平臺上，中方承擔了其中約9%的部件研發與製造任務，取得了多項重要進展，某些方面已達到國際領先水平。

比如中核集團核工業西南物理研究院牽頭成功研製的超熱負荷第一壁部件在國際上率先通過權威機構認證；比如與東重及貴州航天新力共同研製了ITER首個全尺寸包層屏蔽模塊原型件，在聚變堆核心工程技術上取得重大進展。值得一提的是，中國在採購包任務的執行進度與完成情況，在 ITER計劃七方中處於前列，為推進ITER建設作出了重要貢獻。

ITER建成後將逐步開展聚變燃燒等離子體等實驗研究，下一步是建示範堆、商用堆。本世紀中葉用上聚變能（人造太陽能源）是世界各國共同的夢想。

中國幾乎在每一項技術都逼近了極限。

實現熱核聚變，就意味著要把氘、氚的等離子體瞬間加熱到1億攝氏度，並至少持續1000秒，才能形成持續不斷反應。而這正是「東方超環」EAST的目的。因此，達到上億攝氏度和零下269攝氏度，每一個極限都是高、精、尖難題、意味著挑戰人類及科學極限。

在傳導、對流、輻射時會造成能量的損失，因此，為了最小的輻射損失，就必須全部用真空。中國的設備採用五層真空，並做成最大的「保溫杯」，從而實現了一億攝氏度和零下269攝氏度所謂「冰火兩重天』的結合」。為了獲得更長的放電時間，幾乎所有技術都達到極致。

與全球規模最大的能源合作項目——國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）相比，在當時，中國的EAST只有其1/4大小。麻雀雖小，五臟俱全，事實上，EAST的成功經驗已經推動著ITER的建設。比如中國研製出可通過90千安電流的高溫超導電流引線，使得ITER製冷電耗每年減少2/3以上。

加工的難度在於材料。控制上億攝氏度的等離子體，第一層屏蔽層重量就達8000噸。根據統計，環形導體每一根價值都在3000萬元人民幣以上，外表看起來非常普通的導管，每根線管裡都是1000根頭髮絲一樣細的導線擰成的超導電纜。

這些超導線是EAST和ITER的「生命線」。地球上再耐熱的材料也會被核心區1億攝氏度的聚變反應燒化，要讓反應產生的等離子體和裝置內壁保持一定的距離，就離不開這些超導線。並且這些導線每秒可以通過6萬安培的電流，產生10萬高斯的磁場，形成一個強大的「電磁籠「，相當於把等離子體懸浮起來，比如磁懸浮列車的道理。

根據ITER計劃的部署，2007-2025年為建造階段；2026-2037年為運行階段；2037-2042年為去活化階段，預計2050年左右實現核聚變能商業應用。