文/三飯
2020年7月28日，法國，35位國家領導人通過視頻的方式為國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式祝賀。什麼是ITER？也就是國際熱核聚變實驗堆計劃，是目前為止，全球規模最大，影響最為深遠的一個國際科研合作項目。在2006年，我國正式籤署國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，除此之外，美國、俄羅斯、歐盟等多個國家也參與了這項計劃。具體就是計劃在法國南部普羅旺斯地區共同建造一個世界最大的託卡馬克裝置。
什麼是託卡馬克裝置？首先我們要來了解一下，什麼是核聚變？
人類似乎對「核」特別敏感，與生俱來的核洩漏、核輻射、核廢料都是一些對人類不好的東西，但同時也是一個「強大能量」的代名詞。
眾所周知，現代原子能的利用包括核裂變和核聚變兩種方式。
核裂變是將較重的原子核分裂為較輕的原子核並釋放出能量。核裂變可以簡單理解為由較大的原子核裂變成幾個較小的原子核，並釋放出能量，原子彈和核能發電廠正是利用的核裂變的方式，現在核電站主要都是鈾裂變，利用熱中子去轟擊鈾-235原子後會放出2到4個中子，釋放出來的中子再去撞擊其它原子，從而形成鏈式反應期間釋放巨大能量。
鈾的裂變反應條件主要是提高鈾-235的純度和體積，所以這一過程會比較燒錢，要花一大堆錢去提取濃縮。而且，鈾是具有輻射性的，所以鏈式反應會造成許多核廢料，核廢料通常都需要深埋地底。
而核聚變，顧名思義，就是兩個原子核的核融合產生新的原子。氫彈正是利用氫的同位素（氘、氚）的核聚變反應所釋放的能量來進行殺傷破壞，其威力比原子彈的高，成本也更低。原子會在高速運動時互相碰撞將核外電子撞飛，剩下的原子核重新組成新的元素核。兩個原子核聚變成一個較重的原子核，其自身質量的損失則會釋放出大量的能量，遠大於核裂變釋放的能量。
我們都知道，原子核時帶正電的，兩個原子核靠近時會相互排斥，於是就需要提供一個極高的內能克服兩個核間的庫倫斥力。我們可以通過增加它的反應溫度提高原子的速度或者增加壓強，予一個壓力進行壓縮體積從而提高原子的碰撞機率。
可控核聚變
萬物生長靠太陽，太陽用核聚變的方式向太空釋放光和熱給至1AU外的地球上的生物生長，太陽內部的壓力很大，所以只需要很小的溫度就可以進行核聚變反應，然而地球上水平受限，我們只能通過增加反應溫度進行反應。
所以核聚變反應溫度通常需要達到1億℃，這是什麼概念，太陽表面溫度時5770k，而太陽內部溫度也只到了2000萬℃，實際上我們也掌握了核聚變反應，氫彈爆炸是不可控的核聚變反應，不能作為提供能源的手段。
於是物理學家便致力於在地球上實現人工控制下的核聚變反應，即可控核聚變研究，希望利用太陽發光發熱的原理，為人類提供源源不斷的能源。因此人們也將受控核聚變研究的實驗裝置稱為「人造太陽」。
託卡馬克
可控核聚變是什麼？我們都知道核聚變所需的條件是高溫高壓高密度，要想獲得核聚變帶來的能量就必須「持久」，就是反應時間長，如果反應時間很短，只不過是短暫的聚變功率。而不能讓那個長期獲得燃燒放出能量。太陽之所以能夠燃燒個50億年，主要是靠著太陽內部的萬有引力進行約束。
於是在1950年，蘇聯科學家提出託卡馬克裝置，即環形真空磁線圈，相當於是一個「磁容器」，裝置的內部是一個超高功率的「微波爐」對原子升溫，使其變成等離子體，外部利用電環流產生一個環狀磁場對等離子體進行一個束縛作用。因為所需的磁場很強，所以需要很大的電流，於是就要使用超導材料，所以目前的裝置實際是叫做，超導託卡馬克裝置。
而在我國中科院合肥物質研究院在2013年1月5日宣布，「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。但是這還遠遠不夠，人類努力了幾十年，還沒有實現核聚變能的和平利用。
而法國的ITER也是一個超導託卡馬克裝置，這是一個費錢費時間的多國合作的項目，也更是為人類探索新能源的一大跨越，當然我國的EAST全超導託卡馬克裝置也在科學種探索著。
可控核聚變的優點：一是燃料在地球上的儲量極為豐富；二是不產生高放射性核廢料，不汙染環境；三是具有固有安全性等優點。解決人類能源問題和環境問題，推動人類社會可持續發展的重要途徑之一。
如果有一天，人類真正實現了全超導託卡馬克聚變堆的點火，就能遨遊在能源堆裡，那時，太空遨遊也都不是夢了，人類也將迎來新紀元。
我是三飯，腦子不動就會壞掉；下期預告：你關注了就知道了！