中國"人造太陽"現身！問題來了：太陽好好的，為啥還要造？

都說官媒皮起來最為致命。最近一個科學家迪斯科版《種太陽》在網路上大火，一群科學家跳起現代舞來簡直毫無違和感。

核電版《種太陽》，來源：國資小新

為什麼要唱《種太陽》呢？因為他們真的在造一個「太陽」……

這幾天，由國務院國資委新聞中心發起的#科幻作家走進新國企#中核篇活動中，這個神秘的「太陽」基地才首次大規模對外開放！

微博截圖

核工業人就是在這樣艱苦卓絕的環境中，不懈研發中國「人造太陽」。

「人造太陽」？難道我們真的要造一個太陽？網友開始各種腦洞大開——

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說這麼多，到底啥叫「人造太陽」呢？

簡單說，就是科學家想在地球上建造一個裝置，模擬太陽發光發熱釋放能量，一勞永逸解決人類的能源問題。

這個聽起來極其瘋狂，甚至有點魔幻色彩的事情，真的能實現嗎？

為什麼非要「造個太陽」？

已經有一個太陽了，為什麼還非得要再造個太陽呢？要說清這個問題，需要從能源說起。

我們人類從生產到生活，各種活動無一不需要能源。

但地球上的能源不是取之不盡的，比如我們常用的煤、石油、天然氣等化石能源，大概只能用幾十年。除了儲量有限，化石能源還有一個問題就是污染環境。

風能、水能雖然乾淨，但供量有限，且受自然條件影響大。

人類千方百計去解決能源不足問題，但迄今為止，沒有任何一種方式能像頭頂這顆太陽那樣無限供應能源且不帶來污染。

於是在核技術不斷創新的今天，人們對於建設一個類似「人造太陽」的願望愈發強烈。

那「人造太陽」為什麼就能無限供應能源呢？

「人造太陽」產能的原理是什麼？

太陽是利用核聚變反應，不斷向地球輸送能源的，「人造太陽」當然也需要藉助核技術。

而這種核技術嘗試分為兩條道路：核裂變和核聚變。

核裂變則是由重的原子核分裂變化為輕的原子核，從而產生巨大的能量。

核聚變是將兩個質量輕的原子核「聚合」成為一個重原子核，我們知道能量是守恆的，「消失」的質量會轉變為巨大的能量，而且能量比核裂變更高。

核聚變反應原理（圖片來源：中核集團西物院）

那產生能量到底有多大呢？

有個形象且相對準確的說法就是——1升海水通過聚變反應產生的能量相當於300升汽油。

而且核聚變反應的完美之處在於：

反應產物僅為惰性氣體氦，無毒無害；即便運行過程中也可以即關即停，極少產生放射性廢物或不可控負面效果；原料容易獲得，畢竟聚變反應所需元素廣泛的存在於海水中，而「地球上什麼都缺，最不缺的就是海水」。

核聚變裝置內部反應狀況（圖片來源：網路）

核聚變離我們生活遙遠嗎？一點都不。

核聚變部分關鍵技術已經被應用到了生活中的方方面面，如醫用高場核磁共振、軍民兩用高功率微波技術、病菌滅活等。

甚至很多科幻片中都常有它們的身影，如復仇者聯盟的鋼鐵俠胸口的能量方舟反應堆，從科幻角度去理解的話，可以看作是一個 「人造太陽」發電站的濃縮版。

鋼鐵俠的能量方舟（圖片來源：網路）

電影《流浪地球》里的行星發動機就是個大型核聚變反應堆，推著地球一直前行，卻不用擔心半路「拋錨」。

行星發動機（圖片來源：網路）

所以，在地球上「造個太陽」回報遠超投入。看到這裡有人會說那就開始造吧，但其實沒那麼簡單。

「人造太陽」到底有多難？

從廣義角度而言，「造個太陽」作為科學研究並不難。

從上世紀五十年代開始，世界上大大小小的「人造太陽」核聚變實驗設備不斷湧現。

而從狹義角度而言，人類離最終可真正利用「人造太陽」還有一定的距離。

國際公認的聚變研究步驟是聚變實驗堆→示範堆→商用堆，只有最終的商用堆才是「人造太陽」的終極目標。

圖片來源：科普中國微博

「人造太陽」裝置反應條件很苛刻：高溫度、高壓力、有限空間的高約束和穩定約束時間。

但以現有工程技術、材料技術等還有很多條件達不到。

而且，人們不僅僅是要「造一個太陽」，更重要的是通過各種了解「人造太陽」的一切行為習慣，掌握規律為人所用，這才是「人造太陽」最難的地方。

我國「人造太陽」造的怎麼樣了？

那我們國家的「太陽」造的怎麼樣了？

僅以中核集團核工業西南物理研究院為例，已獨立建成2座，升級改造一座，在建一座。

中國環流器一號（HL-1）裝置，坐落於四川樂山，1971年12月批准建設，項目代號「451工程」，意思是第四個五年計劃的第一個項目，只是代號就讓人感受到意義非凡。

這是由我國自主設計、自主建造的中國第一個、首個國際中等規模的托卡馬克裝置，是我國受控核聚變能源開發中當之無愧的里程碑，榮獲國家重大工程銀質獎、國家科技進步一等獎等獎項。

中國環流器一號（HL-1）裝置（圖片來源：中核集團西物院）

中國環流器新一號（HL-1M）是以HL－1裝置為基礎改建而成。

1999年11月，專家評議會給中國環流器新一號以高度評價：取得了一批具有特色的、達到國際先進水平的實驗成果，使我國的核聚變實驗研究水平又邁上了一個新台階。

中國環流器新一號（HL-1M）裝置（圖片來源：中核集團西物院）

中國環流器二號A裝置（HL-2A），1999 年正式動工建造，2002年12月通過驗收。

迄今為止，藉助這個新「聚變利器」，2006年已將等離子體電子溫度提升到了5500萬度，標誌著中國人向聚變裝置點火所需的1億度高溫邁進了一大步。

實驗圖（圖片來源：中核集團西物院）

2009年又首次實現了偏濾器位形下高約束模式（H模）運行。

最近實驗結果顯示，關鍵的離子溫度達到了約5000萬度，同時，在國內首次實現了高比壓（βN>3）等離子體放電運行，標誌著我國聚變研究在裝置加熱、運行與控制、器壁處理等方面的整體水平得到進一步提高。

中國環流器二號A裝置（圖片來源：中核集團西物院）

劃重點！下面該說說我們今天的主角了——中國環流器二號M裝置（HL-2M）。

即將建成的先進托卡馬克裝置中國環流器二號M裝置（HL-2M）是由我國自主設計和建造的又一聚變利器。

中國環流器二號M裝置（圖片來源：中核集團西物院）

建成時芯部的最高電子與離子溫度可分別達到16keV（約2億度）和12keV（約1.5億度）。這意味著中國的核聚變裝置綜合性能已成功晉級世界核聚變研究強國第一梯隊。

目前環流器一號、新一號服役期已滿，正在服役的是二號A裝置，即將投入使用的是二號M裝置。

人類建造「人造太陽」的道路上，不斷讓其各項功能趨於真正的太陽，這個過程就類似於醫生用聽診器來了解個體的健康狀況。

作為世界聚變研究的重要組成部分，中國環流器系列裝置多項成果達到、甚至超過世界水平，每一個數據的產生都經過了科研人員長達數年的準備工作和反覆驗證，凝聚了無數科研人員的夢想與汗水。

目前全世界最大的核聚變計劃叫做國際熱核實驗堆計劃（簡稱ITER），有七方參與，包括美國、歐盟、俄羅斯、中國、日本、韓國和印度。

國際熱核實驗堆計劃（簡稱ITER）對比圖（圖片來源：中核集團西物院）

作為中國參與ITER計劃的重要承擔單位，中核集團核工業西南物理研究院取得了一系列核心技術突破。

試想，ITER實驗堆建成後示範堆還會遠嗎？示範堆一旦進行發電成功，建造真正的聚變發電站還會那麼遙不可及嗎？用於千家萬戶的無限能源還只是個夢嗎？

本文作者：中核集團核工業西南物理研究院聚變科學所，賀明明 馬澤宇 王海 李波 鄭雪 楊龍

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