中國的「人造太陽」？別再被名字誤導了，我來告訴你它是什麼

2020-12-22 科技風人院

本月初，中國原子能局首次對HL-2M託卡馬克反應堆進行了試驗，被實驗在網上引起熱議，並被眾多媒體譽為 "人造太陽"。

私以為各路媒體用該名稱實在有博眼球之嫌，可以肯定地是——官方從來沒有說過自己在造人造太陽。

要知道太陽已經穩定地燃燒了46億年，而HL-2M實驗只持續了幾秒鐘。具體多少秒呢？我們不知道。

HL-2M託卡馬克實驗是什麼？

當兩個原子融合形成一個更大的原子時，它們會釋放出巨大的能量，這就是核聚變。核聚變的優點是不會產生大量的核廢料。核聚變是恆星的能量來源，但要在地球上重現這一過程，並使其處於可控狀態，從而不會發生爆炸，仍然是一個嚴峻的挑戰。

與此相反的過程稱為核裂變，核武器和發電廠更經常採用這種方法。裂變會產生核廢料，但與核聚變相反，它更容易實現。

HL-2M託卡馬克實驗從本質上來說其實就是「可控核聚變」。該反應堆位於成都，反應堆中的動力是通過對一個封閉的熱等離子體迴路施加強大的磁場而產生的。等離子體的溫度可以達到1.5億多攝氏度，是太陽核心溫度的10倍，利用磁鐵和超冷技術進行控制。

該反應堆所能產生的最強電流約為2.5兆安培，這是個什麼概念呢？我們以電動車充電樁為例：特斯拉V3超級充電樁是目前世界上最快的充電樁，其最大電流為400安培，可以在15分鐘內為Model 3 長續航版電池充能80%以上。如果僅按照簡單的數學運算，並且假設將來HL-2M核反應堆可以持續穩定地運行，那麼它可以同時為6250輛Model 3進行超級快充！

看到這裡，你一定情不自禁地發出了讚嘆，幼小的心靈也被祖國的偉大科技深深地震撼。不過，千萬不要驕傲，要知道位於英國的更大的歐洲聯合火炬產生的電流為7兆安培，而且已有近40年的歷史。

不過話分兩頭說，這次持續了幾秒鐘的短暫試驗確實是科學領域的重要成就，它使得全人類在安全利用核能以解決全球能源危機的道路上邁出了劃時代的一步。

有人肯定會問了，不是中國的實驗麼？怎麼成全人類的了？其實，咱們中國一直在與國際熱核實驗反應堆（ITER）項目合作，該項目是由幾十個核電國家組成的聯盟。

下一步是什麼？前行之路，困難重重

原子融合形成的高溫氣體會燃燒或熔化所接觸的一切，而核反應會產生大量高速粒子，如果不加以適當控制，可能會損壞建築物或人體組織。

儘管面臨挑戰，但中國可能最快在明年著手建造中國核聚變工程試驗堆（CFETR）。這個實驗反應堆可能需要10年時間才能建成，它將利用極強的磁場來控制高溫氣體或等離子體。

CFETR旨在解決商業電廠建設中的工程問題——如保持熱氣燃燒數月或數年，以及建造足夠耐用的結構來控制熱氣。不過，這個雄心勃勃的項目面臨著兩大不確定因素。

首先，科學家們不知道他們能讓反應堆燃燒多久。一個商業化的反應堆需要運行數年甚至數十年，研究人員正在合肥進行先進超導託卡馬克實驗(EAST)，試圖找到一個解決方案，該反應堆的建造是為了使核聚變反應持續數分鐘或更長時間。

第二個不確定因素是關於熱量。商業核聚變工廠需要在至少10倍於太陽核心的溫度下運行。HL-2M能夠達到1.5億攝氏度，是中國唯一能夠模擬這種熱量的設施。

「可控核聚變」，其意義何在？

長期以來，人們一直希望核聚變能源能夠解決能源短缺問題。理論上，海水中的氫氣可以作為燃料。

從20世紀60年代到90年代，全球各地建立了大量的聚變研究設施。但近幾十年來，由於缺乏進展以及希望的消退，幾乎沒有增加新的設施。

世界上最大的核聚變實驗——位於法國南部的ITER項目(原國際熱核實驗反應堆)受到了嚴重的延誤，沒有明確的完工日期。美國政府是該國際項目的主要貢獻者，曾多次考慮削減財政支持或完全退出。

即使其他國家認為這是一個昂貴、危險和可以說是無望的事業而放棄它，中國的目標卻是在2050年之前實現核聚變能源的商業化生產，而HL-2M託卡馬克則是實現該計劃的重要一步。

中國為什麼如此看重「可控核聚變」？

中國是一個石油消耗大國，雖然我們也產石油，而且產量居世界第六，但由於巨大的石油消耗量，我們73%的石油依然依靠進口。要知道石油是當今世界的主要能源，關係到社會生產的方方面面，可以說是國家命脈。假如局勢不穩定，影響到了我們的石油進口，那麼後果將不堪設想。

發展核聚變能源可以解決中國的能源需求，也可以將能源命脈牢牢地掌握在自己的手上！它將為未來中國能源的可持續發展和國民經濟的提升提供保障。

這就是為什麼在被其他國家看衰的情況下，中國依然埋頭研究「可控核聚變」的根本原因。

結語/展望

寫到這裡，其實HL-2M託卡馬克是不是「人造太陽」已經不重要了，重要的是我們已經在能源戰略轉型的路上邁出了試探性的一步。此刻，熱血沸騰的我其實很想說一些氣宇軒昂的話，但沒必要。就借用清華大學一位不願透露姓名的核科學家說的話作為結尾吧。

"我們都面臨著類似的技術挑戰。如果非要說有什麼不同的話，那就是中國願意對一個幾十年來可能幾乎沒有希望產生任何經濟回報的行業進行巨大的、持續的投資。"


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