人類未來的終極能源-「人造太陽」，它還遙遠嗎？

什麼是「人造太陽」？

人類對能源的探索就一直沒有停過。從古代人利用木材、柴薪作燃料燒烤食物和燒制陶器，到17世紀中葉，工業革命的興起，開始使用煤炭，再到19世紀的石油時代。可以總結為：人類能源工業的發展經過由薪柴到煤炭，再由煤炭向油氣的轉變。目前，已經開始由油氣為主走向可再生能源時代的轉變。隨著科技的進步，越來越多的新能源被開發和利用，像現在的水能發電，風能發電，光伏發電，核發電等。但是，化石能源不可再生且有汙染，風能、水能不穩定，核裂變能原料有限、核廢料有放射性汙染。因此，還需要尋找資源豐富、清潔高效的新能源。

風能發電

我們都知道，地球的萬物都依靠太陽。無論傳統的化石能源，還是風能、水能、生物質能、地熱能等，其本質都是太陽能。太陽的內部原理，科學家很久之前就已經掌握，來源於內部源源不斷的核聚變。為此，科學家努力研究新的能源：利用」人造太陽「。既然知道了原理，就可以模擬太陽產生能量的原理，研發可控核聚變技術，從而製造「太陽」。

太陽內部時刻發生核聚變

可控核聚變不排放有害氣體，更加有利於解決當前的環境汙染問題。核聚變的原料是氫的同位素（氘和氚），地球上含量極為豐富。氘在海水中儲量極大，1公升海水裡提取出的氘，在完全聚變反應後，可釋放相當於燃燒300公升汽油的能量。如果把自然界的氘和氚全部用於聚變反應，釋放出來的能量足夠人類使用100億年。

核聚變：又稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。核是指由質量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓），只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核（如氦），中子雖然質量比較大，但是由於中子不帶電，因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。

核聚變原理

「人造太陽」的發展歷程

從最早的第一個氫彈的爆炸，無可辯駁了氫的同位素的聚變反應。這時，英，美，前蘇聯，從核武器發展考慮，在互相保密的情況下，開展了受控的核聚變研究。研究的初期，科學家都以為可以像氫彈那樣，很快的研究出可控核聚變。但是20年過去了，還是沒有很大的進展。最終，英，美，前蘇聯合的科學家意識到，保密的研究，不利於可控核聚變的研究的進展。於是，三國科學家開始互訪交流。在1958年瑞士日內瓦舉行的第二屆和平利用原子能的會議上，三國的科學家分別展示自己的研究成果，並將核聚變的研究重點放在高溫等離子體等基礎問題上。

在1968年第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上，各國科學家展示了自己的科學裝置的實驗進展和雷射約束等離子體的研究進展。會議上，蘇聯莫斯科的庫爾恰託夫研究所的阿齊莫維齊發明的託卡馬克備受關注。

託克馬克裝置又稱環流器，是一個由環形封閉磁場組成的&34;。等離子體就被約束在這&34;中，很像一個中空的麵包圈,等離子體環中感生一個很大的環電流。

託克馬克原理

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。後來國際上掀起了一股託卡馬克的熱潮，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。

1985年，美國裡根總統和前蘇聯戈巴契夫總統，在一次首腦會議上倡議開展一個核聚變研究的國際合作計劃，要求「在核聚變能方面進行最廣泛的切實可行的國際合作」。後來戈巴契夫、裡根和法國總統密特朗又進行了幾次高層會晤，支持在國際原子能機構（IAEA）主持下，進行國際熱核實驗堆（ITER）概念設計和輔助研究開發方面的合作。

ITER工程設計於2001年完成，經過5年的談判，在2006年開始實施計劃。ITER計劃歷經35年，其中建造階段需要10年的時間，運行和開發利用階段需要20年，去活化階段需要5年時間。目前ITER國際熱核實驗堆選址在法國，中國在2003年也宣布參加，並貢獻著自己的力量。

國際熱核實驗堆

中國可控核聚變發展

1965年，根據建設需要，我國建立了當時國內最大的聚變研究基地——西南物理研究所，也就是中核集團核工業西南物理研究院的前身。

1984年中國環流器一號（HL－1）託卡馬克裝置建成，它是我國第一座國核聚變領域第一座大科學裝置，是我國核聚變研究史上一個重要裡程碑。

1995年，中國第一個超導託卡馬克裝置HT－7在合肥建成。

2002年中國建成第一個具有偏濾器位形的託卡馬克裝置中國環流器二號A（HL－2A）。

2006年，世界上第一個全超導託卡馬克裝置東方超環(EAST)工程全面完成，兩次放電調試都獲得了穩定、重複和可控的等離子體。

2009 年，「東方的太陽」也迎來了它的高光時刻——首輪物理放電實驗成功，這標誌著我國站在了世界核聚變研究的前端。

EAST是中國科學院等離子體所自主設計、研製並擁有完全智慧財產權的磁約束核聚變實驗裝置，是世界上第一個非圓截面全超導託卡馬克。

2017年，EAST達到8000萬攝氏度，同時創造了101.2秒高約束模等離子體運行的世界紀錄。

2018年，EAST實現電子溫度1億攝氏度等離子體運行，實現高約束、高密度、高比壓的完全非感應先進穩態運行模式。

2020年，國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目迎來了重要裡程碑時刻，施工人員開始安裝反應堆託卡馬克的首個主要部件，由中核集團牽頭的中法聯合體按期開展了相關底座安裝。

不久，「中國環流器二號M」將在四川成都建設完成，它是我國規模最大、參數最高的磁約束可控核聚變實驗研究裝置。它可將我國現有裝置的最高等離子體電流從1兆安培提高到3兆安培，離子溫度也將達到1億攝氏度以上。

合肥」人造太陽「

未來展望

可控核聚變是照亮人類未來的終極能源夢想，同時它也是麻煩的，核聚變需要高壓，高溫。高壓在地球很難復現，人類只有從高溫入手。現在高溫裝置已經生產出來，現在還需可控，最後到商業化。全世界許多科學家都為此努力著。現在「人造太陽」發展迎來了突破的發展，科學家們也預測，到本世紀中葉，可以讓可控核聚變商業化。到時人類將有取之不竭，用之不盡的能源，這個世界又將發生巨大的改變。

科學道路總是充滿了艱難險阻，人類對大自然的探究也不會停歇。不斷的探究，才能帶來不斷的發展，相信那天終究會來臨。

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