中國人造太陽實現重大突破!問題來了,中國有幾個人造太陽?

我有一個~ 美麗的願望~ 長大以後能——

前幾天，一則跟中國「人造太陽」有關的消息又刷爆了朋友圈，根據央視新聞報導，我國大型核聚變實驗裝置「東方超環」（EAST）取得重大突破，等離子體中心電子溫度首次實現 1 億攝氏度運行近 10 秒。

這距離 EAST 15 年內實現① 1 兆安電流、② 1000 秒放電、③ 1 億度高參數等離子體穩定運行三大科學目標，又縮小了一點點。仔細想想，從 101 秒穩態高約束模式運行，到 1 億攝氏度開機，再到 1 億攝氏度維持 10 秒，已經是個了不起的突破了，這中間 EAST 用了兩年多的時間，想實現 1000 秒放電還有更長的路要走，而將 EAST 的三大目標置於人類掌握可控核聚變的發展進程中講，又只是裡面的小小一步罷了。

可控核聚變被視為人類可利用的「終極能源」，一旦聚變反應真的得到實現，那麼海水中大量存在的氘和氚就可以在高溫高密度條件下，像太陽一樣為人類提供足以使用百億年的能源，可謂真正的取之不盡用之不竭，並且純淨無汙染，可控核聚變的產物為氦和中子，不排放有害氣體，也幾乎沒有放射性汙染。

基於這個科學目標，可控核聚變的反應裝置也被稱為「人造太陽」。要想將「人造太陽」運用到實際中，就必須突破保持中心超高溫和持續時間的技術，這是全世界科學家都想要解決的難度。

我國在「人造太陽」方面的研究屢次打破世界紀錄，但大家被這方面消息刷屏的同時可能會感到疑惑，「人造太陽」究竟是一個，還是很多個？它們叫什麼名字？又有什麼不同？

可以肯定的說，中國已經有多個現有包括在建的核聚變反應裝置，但是因為披露的程度不同，有一部分工程我們無從知曉。目前國際較為重要的幾個核聚變實驗研究方向，我國都有涉及，也就是說，在不同的聚變實現道路上，我們造了不同的人工太陽。

渴望點亮核聚變的第一盞燈：EAST

核聚變實驗的世界主流是強磁場約束託卡馬克聚變，其代表就是中國「東方超環」EAST，EAST 是世界首個非圓截面全超導託卡馬克聚變裝置，也是中國第四代核聚變實驗裝置，由中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所自主研製，2006 年成功完成首次工程調試，2007 年 3 月通過國家驗收。

近兩年因為屢次獲得世界性突破而上新聞「刷臉」最多的應該就是它了。

EAST

EAST 外形像機器蜘蛛，整個裝置重量約 400 多噸，中間是高 11 米、直徑 8 米的圓柱形大型超導磁體。實驗時，超導形成的磁約束讓等離子體像火球一樣不斷加熱，達到上億度的超高溫。周邊的高功率波加熱、中性束注入、低溫製冷、高功率電源、等離子體診斷、遙操作維護等系統像是伸出來的「腿」，支撐在大型超導磁體周圍。

作為國際熱核聚變實驗堆（ITER）的前沿實驗基地，EAST 的控制大廳內有來自各國的科學家，這裡每天都進行很多國際聯合實驗，很多參數是共享的。

除了為 ITER 提供技術基礎，EAST 還有一個更遠大目標，就是為比 ITER 規模更大的中國聚變工程實驗堆 CFETR 做準備——人類點亮核聚變的第一盞燈，一定會在中國。

見證傳承的新一代太陽：HL-2M

早在 1970 年，中國開始自主設計、研發投建第一座「人造太陽」實驗裝置——中國環流器一號，直至 1984 年建成。在中國環流器一號的基礎上，經過重新改建，1994 年中國環流器新一號竣工建成。2002 年，中國又建成了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）。

中國環流器一號

在前三座裝置的基礎積累下，中國環流器二號M（HL-2M）成功改造升級，成為我國規模最大、參數最高的磁約束託卡馬克裝置。一路走來，「中國環流器」這個光輝的家族，見證了中國人造太陽整個發展歷程。

HL-2M 由中核集團核工業西南物理研究院承建，主機磁體線圈屬國內首次製造，通過對裝置銅合金材料進行升級，優化了裝置結構、提高了裝置整體性能，離子體體積為中國現有裝置的 2 倍以上，離子溫度將達到 2 億攝氏度以上，有望將等離子體電流從我國現有裝置的 1 兆安培提高到 3 兆安培，意味著我國在這方面的研究將提升到一個全新的高度。

HL-2M

2019 年 11 月 26 日，中核集團有關專家通過媒體向公眾介紹我國「人造太陽」研究的成績和未來計劃，其中 HL-2M 正在全力順利進行，預計 2020 年年內點火投入運行，開展有關「人造太陽」的各項科學實驗。

HL-2M 主要瞄準和 ITER 計劃相關的實驗內容，著重開展和燃燒等離子體物理有關的研究課題，將為中國參與 ITER 計劃工作以及自主設計建造未來聚變堆提供重要技術支撐。

點火！能源與衛國之光：神光工程

比起刷屏不斷，更廣為人知的磁約束聚變，核聚變實現的另一條路徑——雷射慣性約束核聚變一直是各國低調但熱衷的研究方向。

人造太陽需要採用雷射點火，雷射的功率越高，可以點燃的反應堆就越大。而雷射慣性約束除了和平利用原子能解決能源問題外，更重要的意義在於研究核爆過程中的多個物理問題，在國防軍事領域上的運用尤為關鍵，是發達國家競相研究的戰略目標。

美國在 1994 年啟動的慣性約束點火裝置（NLF）的項目，就是研究可控核聚變同時「順便」提升核武器性能的重要實驗基地。

美國慣性約束點火裝置

中國同樣也在進行慣性約束核聚變研究，慣性約束聚變點火工程（2020 年）被確定為《國家中長期科學和技術發展規劃》的十六項重大專項之一。六十年代初，我國相關研究剛剛起步的時候，錢學森院士聽說了慣性約束聚變的構想，對此評價：「你們的事業是在地球上人造一個小太陽。」

1985 年，我國首臺實現兩路光源、千焦耳級出光，並可用於雷射約束聚變科研的大功率雷射器在中國工程物理研究院誕生，張愛萍將軍曾親自為它命名為「神光」。

作為中國軍民融合領域的「人造太陽」，神光工程已經成功設計建造並運行了神光-Ⅰ、神光-Ⅱ、神光-Ⅲ 系列，其中神光-Ⅲ 是首臺十萬焦耳量級高功率雷射裝置，它的建成讓我國成為繼美國 NLF 後，第二個開展多束組雷射慣性約束聚變實驗研究的國家。

神光Ⅱ高功率雷射實驗裝置靶室

2010 年，中國新一代國家點火裝置——神光 IV 主體工程開始啟動，目前已經進入實質性的建造階段，計劃在 2020 年或稍後建成。該系統將包含高達 288 路的高功率雷射束，其總輸出功率為 2 兆焦耳（MJ）。

終有一天，這道光束點燃的聚變反應堆將為我們不斷輸送能源，也將擔任保衛國家人民，保衛全人類的重任。

種太陽

除了上面說到的「人造太陽」，中國還有很多用於不同實驗目的的聚變實驗裝置，它們都從各自的角度，為實現可控核聚變貢獻自己的成果。

比如中科大等離子所的反場箍縮磁約束聚變實驗裝置「科大一環」，曾被稱為「人造太陽弟弟」。由於短脈衝實驗本身存在的缺陷，反場箍縮目前很難替代託卡馬克，主要是作為等離子體物理研究的全新大型平臺，為磁約束聚變領域輸送高端人才。

科大一環

「科大一環」現已在雷射脈衝電子溫度測量的合作研究中取得成果，為我國未來磁約束聚變能裝置的高精度測量奠定了堅實基礎。當然，類似的例子還有很多，畢竟實現可控核聚變，並不是單獨某一支科學家團隊、某一個科學技術領域甚至某一個國家能做到的，這個目標需要更大力量集結在一起。

2006 年，為解決全球面臨的能源問題，人類開啟了一項宏大的國際大科學工程合作計劃——「國際熱核聚變實驗堆計劃」（ITER）。這一世界上最大的也是第一個真正意義上的「人造太陽」。中國共承擔了 ITER 計劃約 9% 的研製任務，無論是在執行進度還是在完成質量方面，均處於七方的前列，且創造了多項技術第一。

ITER 反應核心透視圖

中國的參與不僅推動了 ITER 計劃的發展，同時也大幅提升了自身在核聚變領域的創新能力和研製水平，通過人才培養和知識技術積累，我們現在終於有足夠的實力開展中國主導的「人造太陽」。

2017 年 12 月 5 日，由中國自主設計和研製並聯合國際合作的重大科學工程——中國聚變工程實驗堆（CFETR），在合肥正式啟動工程設計。

CFETR 施工現場

如果說 ITER 還是以研究為主，那麼 CFETR 則直接瞄準可控核聚變的開發和應用，目標是要建成世界首個聚變實驗電站。

CFETR 計劃分三步走：

第一階段到 2021 年，開始立項建設；第二階段到 2035 年，計劃建成聚變工程實驗堆，開始大規模科學實驗；第三階段到 2050 年，聚變工程實驗堆實驗成功，建設聚變商業示範堆，完成人類終極能源。

未來第一個點亮核聚變之光的，一定是中國。