人造太陽何時能實現?技術關鍵託卡馬克裝置,仍然需要技術突破

上一期，我們談到了人造太陽，是人類目前看到的最可靠的新能源之一。從這個高大上的名字就可以看出來：這是一項很高精尖的科技，不是輕易就能完成的。實際上，從1955年錢三強提出這個計劃的原型到現在，六十多多年過去了，我們依然還在探索的路上。有一些關鍵的難題，依舊還等著我們解決。

首先我們要知道：究竟是什麼原因導致核聚變難以實現。

那就是對於核聚變的控制。

如果不對核聚變加以控制，任由其肆意進行，那麼就會變成氫彈，只能帶來災難。所以，如何約束住核聚變的能量，就是一個問題了。

同時，核聚變的發生，也是一個難關。要知道，原子彈需要TNT烈性炸藥來引爆，而引爆氫彈的，是原子彈。想要讓核聚變反應發生，需要5000萬到1億攝氏度的超高溫。那麼問題來了：雖然我們現在把粒子升溫到1億攝氏度並非不可能，但是要用什麼來裝它們呢？再耐高溫的材料，也會被燒成氣體啊！

二十世紀五十年代，前蘇聯科學家提出了一種解決方案，那就是利用電磁學的原理，將反應原料加以束縛。他們根據這個方案的設計裝置所包含的部分（「環形」、「真空」、「磁」、「線圈」）為其命名，這就是託卡馬克裝置。

託卡馬克裝置的原理，就是利用強大的磁場，將被升到超高溫、處於等離子態的粒子束縛在線圈之間的真空腔內。在這裡，粒子會被加速到每秒5公裡的速度，從而為核聚變提供條件。由於核聚變反應僅僅發生在真空腔的核心區域，而真空是很難導熱的，所以實現了對超高溫粒子的約束。即便如此，在真空腔周圍，溫度依然有上千攝氏度，需要耐高溫的材料來製作才行。

但是，這也會帶來一個問題：溫度越高的粒子，就越不穩定。我們知道，溫度是粒子無規則運動劇烈程度的宏觀表現。1億攝氏度，是太陽核心溫度的近7倍，因此粒子的運動將極其劇烈。因此，人類雖然可以實現這個溫度，卻很難將其完美地控制住，這也就是目前全世界託卡馬克裝置所面臨的最大問題之一。

畢竟，我們需要的是一個持續不斷功能的核電站，而不是抽風一樣隔三差五給一次巨大能量的裝置。於是，實現對核聚變反應的控制，成為了所有科學家面臨、需要攜手攻克的最重要難關。

2006年的時候，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃正式籤署，我國和美國、歐盟、俄羅斯、日本、韓國和印度加入其中。我國的託卡馬克裝置，叫做全超導託卡馬克核聚變實驗裝置，簡稱EAST。

令人欣喜的是，在這個方面，我國走在了世界的前列。2017年，EAST實現了長達101.2秒的穩態長脈衝高約束等離子體運行，這也是全世界範圍內第一次實現超過100秒的穩態運行。

不過，我們也要意識到，這個時間長度，也並不是終點。只有一直穩定運行下去，才可能真正實現核聚變發電。為此，我們還有很長的路要走。

除此之外，還有很多問題，需要科學家們解決。我們說了，EAST是超導託卡馬克，也就是說要利用超導體。而目前人類發現的超導體，都需要在極低溫才會出現。裝置外只比絕對零度高几個攝氏度，內部又要達到一億攝氏度，這個溫度差的控制也是極大的挑戰。

據中科院萬元熙院士介紹，我國計劃的第一個原型聚變工程堆的時間點，大約是2050年。也就是說，這還需要30年的時間。看起來，這是一個愚公移山的項目。前人栽樹，後人乘涼。為了人類發展事業而奮鬥的人們，才是人類真正的英雄。

當然，託卡馬克也未必就是可控核聚變反應的唯一解。條條大道通羅馬，也許未來的某一天，就會有新的裝置可以完美地解決這個問題。而且，即使是在現在，科學家也不止有這一個方案。目前來說，還有一種仿星器裝置，雖然還不像託卡馬克這麼被寄予厚望，但也不能排除它未來逆襲的可能。

總之，人類對於新能源的探索已經刻不容緩。早日實現清潔能源的全面利用，就可以早一天拯救地球於水火之中，也是人類自救的重要一步。