人类未来的终极能源-“人造太阳”，它还遥远吗？

什么是“人造太阳”？

人类对能源的探索就一直没有停过。从古代人利用木材、柴薪作燃料烧烤食物和烧制陶器，到17世纪中叶，工业革命的兴起，开始使用煤炭，再到19世纪的石油时代。可以总结为：人类能源工业的发展经过由薪柴到煤炭，再由煤炭向油气的转变。目前，已经开始由油气为主走向可再生能源时代的转变。随着科技的进步，越来越多的新能源被开发和利用，像现在的水能发电，风能发电，光伏发电，核发电等。但是，化石能源不可再生且有污染，风能、水能不稳定，核裂变能原料有限、核废料有放射性污染。因此，还需要寻找资源丰富、清洁高效的新能源。

风能发电

太阳内部时刻发生核聚变

可控核聚变不排放有害气体，更加有利于解决当前的环境污染问题。核聚变的原料是氢的同位素（氘和氚），地球上含量极为丰富。氘在海水中储量极大，1公升海水里提取出的氘，在完全聚变反应后，可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。如果把自然界的氘和氚全部用于聚变反应，释放出来的能量足够人类使用100亿年。

核聚变：又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。

核聚变原理

“人造太阳”的发展历程

从最早的第一个氢弹的爆炸，无可辩驳了氢的同位素的聚变反应。这时，英，美，前苏联，从核武器发展考虑，在互相保密的情况下，开展了受控的核聚变研究。研究的初期，科学家都以为可以像氢弹那样，很快的研究出可控核聚变。但是20年过去了，还是没有很大的进展。最终，英，美，前苏联合的科学家意识到，保密的研究，不利于可控核聚变的研究的进展。于是，三国科学家开始互访交流。在1958年瑞士日内瓦举行的第二届和平利用原子能的会议上，三国的科学家分别展示自己的研究成果，并将核聚变的研究重点放在高温等离子体等基础问题上。

在1968年第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上，各国科学家展示了自己的科学装置的实验进展和激光约束等离子体的研究进展。会议上，苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐发明的托卡马克备受关注。

托克马克装置又称环流器，是一个由环形封闭磁场组成的”磁笼”。等离子体就被约束在这”磁笼”中，很像一个中空的面包圈,等离子体环中感生一个很大的环电流。

托克马克原理

在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。后来国际上掀起了一股托卡马克的热潮，各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有：美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的ST Tokamak，美国橡树岭国家实验室的奥尔马克，法国冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak，英国卡拉姆实验室的克利奥（Cleo），西德马克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak。

1985年，美国里根总统和前苏联戈尔巴乔夫总统，在一次首脑会议上倡议开展一个核聚变研究的国际合作计划，要求“在核聚变能方面进行最广泛的切实可行的国际合作”。后来戈尔巴乔夫、里根和法国总统密特朗又进行了几次高层会晤，支持在国际原子能机构（IAEA）主持下，进行国际热核实验堆（ITER）概念设计和辅助研究开发方面的合作。

ITER工程设计于2001年完成，经过5年的谈判，在2006年开始实施计划。ITER计划历经35年，其中建造阶段需要10年的时间，运行和开发利用阶段需要20年，去活化阶段需要5年时间。目前ITER国际热核实验堆选址在法国，中国在2003年也宣布参加，并贡献着自己的力量。

国际热核实验堆

中国可控核聚变发展

1965年，根据建设需要，我国建立了当时国内最大的聚变研究基地——西南物理研究所，也就是中核集团核工业西南物理研究院的前身。

1984年中国环流器一号（HL－1）托卡马克装置建成，它是我国第一座国核聚变领域第一座大科学装置，是我国核聚变研究史上一个重要里程碑。

1995年，中国第一个超导托卡马克装置HT－7在合肥建成。

2002年中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号A（HL－2A）。

2006年，世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环(EAST)工程全面完成，两次放电调试都获得了稳定、重复和可控的等离子体。

2009 年，“东方的太阳”也迎来了它的高光时刻——首轮物理放电实验成功，这标志着我国站在了世界核聚变研究的前端。

EAST是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克。

2017年，EAST达到8000万摄氏度，同时创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录。

2018年，EAST实现电子温度1亿摄氏度等离子体运行，实现高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式。

2020年，国际热核聚变实验堆（ITER）项目迎来了重要里程碑时刻，施工人员开始安装反应堆托卡马克的首个主要部件，由中核集团牵头的中法联合体按期开展了相关底座安装。

不久，“中国环流器二号M”将在四川成都建设完成，它是我国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验研究装置。它可将我国现有装置的最高等离子体电流从1兆安培提高到3兆安培，离子温度也将达到1亿摄氏度以上。

合肥”人造太阳“

未来展望

可控核聚变是照亮人类未来的终极能源梦想，同时它也是麻烦的，核聚变需要高压，高温。高压在地球很难复现，人类只有从高温入手。现在高温装置已经生产出来，现在还需可控，最后到商业化。全世界许多科学家都为此努力着。现在“人造太阳”发展迎来了突破的发展，科学家们也预测，到本世纪中叶，可以让可控核聚变商业化。到时人类将有取之不竭，用之不尽的能源，这个世界又将发生巨大的改变。

科学道路总是充满了艰难险阻，人类对大自然的探究也不会停歇。不断的探究，才能带来不断的发展，相信那天终究会来临。