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发帖数: 4055 | 1 中国“人造太阳”获重大突破！ 有望2050年点亮你家灯泡
来源：中华元智库 时间：2017-10-25
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想象着有一天，当地球资源面临枯竭的时候，人类是否可以使用“人造太阳”来获取能
源？
一个集结了包括中国在内的30多个国家的顶尖科学家，目前世界上最大的科学合作工程
——国际热核聚变实验堆计划（简称“ITER”）正在有条不紊地进行着。由于项目模拟
自太阳内部的核聚变原理，这个工程还有一个更加形象的名字：“人造太阳”。
太阳.jpg
10月19日，核工业西南物理研究院内的中国环流器二号装置。
中国科学院合肥物质科学研究院等离子物理研究所日前宣布，我国的全超导托卡马克核
聚变实验装置在全球首次实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创
造了新的世界纪录，为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
“人造太阳”并网发电
“人造太阳”是个啥？
听起来好科幻、好炫酷！它有什么用？和我们老百姓有关系吗？简单地说，“人造太阳
”就是可控制核聚变反应堆。它将在一定程度上解决人类发展所需的清洁能源问题。目
前该技术在全世界都处于科学实验和攻关阶段。
说起核聚变，大家的第一反应恐怕是原子弹、氢弹或核电站之类？确实有点接近，不同
的是，原子弹、核电站的原理是核裂变；氢弹的原理最接近，就是核聚变。
这是两个相反的过程。核裂变是原子核在中子的打击下发生分裂；核聚变则是两个或多
个原子核聚合为一个。这两个反应过程都会释放出巨大的能量！核聚变反应堆为何叫“
人造太阳”？因为太阳等所有恒星放光发热的原理就是核聚变。
把一团上亿℃高温的等离子体火球，用磁场悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触。
再对它加热、控制，进而实现“受控的核聚变”，从而实现“人造太阳”。
“核裂变”原理示意图
太阳昕.jpg
机器人正在焊接“人造太阳”核心部件“第一壁”设备。（受访单位供图）
有望点亮中国人的灯泡
到今年为止，国家“青年千人计划”学者、核工业西南物理研究院聚变科学所副所长许
敏，已经在环流器二号A装置上耕耘了五年。
目前，38岁的许敏还在积极培养后备军，成立了一个由全国各个高校聚变领域的青年学
子组成的课题组。
作为地球上最稀有的元素，氚的成本非常高。许敏说，一个最好的办法，就是在核聚变
反应中产生氚，并且使得氚能够自持。这也就意味着，燃烧掉了多少氚，还要产生出等
量的氚来。
虽然研究过程耗资高昂，核聚变试验可能还要几代人的心血，不过，许敏对于核聚变的
发展还是非常乐观。
以试验中使用的高功率微波技术来说，可以广泛使用到通信领域，实现国产化并能够节
省大量成本。其次，等到核聚变电站能够并网发电后，核聚变能源的生产成本相对低廉
，普通老百姓都能消费得起。“目前业内人士普遍认为这个时间节点是2050年。我算了
一下，那个时候，我应该可以看到。”许敏说，期待灯泡被核聚变点亮。
高约束放电
时间突破百秒量级
为下一代核聚变装置建设奠定基础
EAST是高11米、直径4米、重达400吨的大科学装置，是我国第四代核聚变实验装置。
EAST的建设目标是对受控核聚变相关的前沿物理问题开展探索性实验研究，为未来稳态
、安全、高效的先进商业聚变堆提供物理和工程技术基础。由于核聚变的反应原理跟太
阳类似，所以也被称为人造太阳。
经过多年研究，科研人员成功攻克了一批国际共性难题，在世界上首次实现了5000万度
等离子体，持续放电101.2秒的高约束运行，实现了从60秒到百秒量级的跨域。
EAST超导托卡马克装置实验运行总负责人、中科院等离子体所研究员龚先祖说：“我们
面临的重大挑战是粒子控制和热排出问题，解决了这些难题，使得放电脉冲延长到100
秒，这是一个新的世界纪录，也是EAST一个新的里程碑。”
创下多项世界纪录
稳态运行模式
将为未来反应堆提供重要参考
“ITER计划是人类探寻未来高效清洁能源的重要途径，实现稳态长脉冲高约束等离子体
运行是未来聚变堆亟待解决的关键科学问题。
东方超环实现的世界最长101.2秒高约束放电等离子体的基本参数
太阳一.jpg
在民用上能实现可控
将彻底改写人类的能源版图
第一次等离子放电时间在当年的9月26日，主要目标就是面向未来聚变堆的稳态运行的
关键科学和技术问题。
上世纪50年代开始，以原子核的裂变反应为基础的核电站登上世界能源舞台，但是这种
核电站存在核废料的处理、核辐射、核燃料铀的开采和提料难等问题。相对来说，核聚
变具有无可比拟的优点：它的原料储量极其丰富，因其主要燃料是存在于海水之中的氘
和氚。一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300升汽油。另外，聚变产物没有
放射性。同时，由于聚变反应需要的条件比较高，一旦发生事故，造成反应的等离子体
约束破裂，聚变反应便会终止。因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全
。因此，聚变研究对于开发清洁能源，意义十分重大。此外，伴随着聚变研究带来的衍
生和伴随技术，比如超导磁体技术、大功率电源技术、超高真空技术、超低温技术等，
都会带动相关产业发展，给民众生活带来很大改变。核聚变如果在民用上能实现可控，
将彻底改写人类的能源版图。
“目前的聚变研究，功率相对来说还是比较低的。未来我们想实现聚变的可行性，需要
在更好的加热功率条件下，来验证延长等离子体存在时间的科学可行性。这个挑战十分
巨大，因为聚变产生有一个物理学说叫劳逊判据，意思是要想产生聚变，就要使得等离
子体的温度达到上亿度，这就是我们今后的科研攻关目标。”龚先祖说。
和平利用核聚变能
ITER计划
人类想和平利用核聚变能，必须实现“受控核聚变”。科学家认识到，采用由前苏联人
最初发明的“托卡马克”装置可能是实现可控核聚变的最好装置，“中国环流器二号A
”也是“托卡马克”之一。后来，全球科学家催生了建造国际热核实验堆计划(简称
ITER计划，在拉丁语里它是“道路”的意思)。
ITER建设总投资50亿美元的各国份额
ITER计划于2006年11月21日签署协议，我国成为ITER计划的七个成员之一，其他是欧盟
、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国。ITER实验堆建在法国，建造预算约55亿美元；技
术方面，中国将承担其中约9%的研发制造任务——这就是核工业西南物理研究院、中科
院等离子体物理研究所等单位科学家承担的任务。其中，位于成都的核工业西南物理研
究院承担了其中约一半部件研发的重任。
按照计划，如果ITER按计划取得成功，预计将在2035年左右建造聚变示范堆(DEMO)；有
望2050年前后建造第一个商用反应堆，也就是可供商业利用的电站，到时，人们将用上
核聚变能。
中国技术引领国际前沿
我国第四代核聚变实验装置东方超环的科学目标是让海水中大量存在的氘和氚在高温条
件下，像太阳一样发生核聚变，为人类提供源源不断的清洁能源，所以也被称为“人造
太阳”。
这一突破也标志着EAST成为世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量
级的托卡马克核聚变实验装置，表明我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面
将继续引领国际前沿，对国际热核聚变试验堆（ITER）和未来中国聚变工程试验堆（
CFETR）建设和运行具有重大的科学意义。
视线转移到成都，在双流区黄荆路5号——核工业西南物理研究院，一个多达500人的团
队正在为这个项目夜以继日地忙碌着。
去年10月，由“四川团队”自主研发制造的国际热核聚变核心部件“第一壁”，在国际
上率先通过权威机构认证。这是“四川智慧”对这个被誉为人类历史上伟大事业之一的
项目做出的重大贡献。
人类为何研制
“人造太阳”？
解决人类能源终极问题
专家解释，核能作为一种新型能源被世界各国所关注。核能包含两种方式：核裂变和核
聚变。原子弹就是利用的核裂变的原理；氢弹、太阳则是核聚变的原理。“受控核聚变
能源”由于其固有的安全性、无污染的优越性、燃料资源丰富等特点，被认为是人类最
理想的洁净能源。
我们所说的“人造太阳”就是“受控核聚变能源”，目前我国的相关研究水平已达国际
先进水平。核聚变所需要的“氘”(音同“刀”)是氢的同位素，一公升的海水里提取出
的氘，完全聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量。科学家初步估计，地球上的
海水中蕴藏了大约40万亿吨氘。
承担着为了人类未来的百年甚至几百年寻找新型清洁能源的使命，涉及30多个国家，世
界上最大的科学合作工程——国际热核聚变实验堆计划正在多个国家进行着。ITER实验
堆建在法国，建造预算约55亿美元；技术方面，中国将承担其中约9%的研发制造任务—
—由核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所等单位科学家具体承担。其中
，位于成都的核工业西南物理研究院承担了其中约一半部件研发的重任。什么是“人造
太阳”？它将如何解决人类能源的终极问题？
能量之大
攻关1亿℃高温 实现等离子体可控核聚变
万物生长靠太阳。作为太阳系的主星，太阳内部时刻不停地发生着核聚变反应，为地球
提供了源源不断的光和热。
怎样才能实现“人造太阳”？科学家想了一个办法，就是把一团上亿℃的等离子体火球
，用磁场把它悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触。这时，就可以对它加热、控制
，进而实现“受控的核聚变”，实现“人造太阳”。
如果把试验装置看成一个微波炉，核工业西南物理研究院研究员、高级工程师黄梅的工
作就是不断给这个装置加温。给微波炉加温的方式有很多种，黄梅的方式是其中一种，
叫“电子回旋波加热”。“简单的说，就是通过微波注入等离子体，给微波炉添把火，
让内部温度不断升高，从而让食物更快熟透。”
目前，托卡马克装置的温度已升至5500万℃，这是迄今为止国内装置达到的最高温度。
“要实现受控核聚变反应，必须达到上亿℃以上高温，以及足够高的密度等，如果因某
种原因导致条件不能满足，聚变反应就会停止。”
40万亿吨氘 将解决人类能源问题
作为等离子体诊断的“专职医生”，钟武律通过每一次实验，发现等离子在约束过程的
变化。两次放炮间隔很短，只有8分钟。因此，他们必须在8分钟内，做出判断并且调整
相关参数的设置。
如此繁复、浩瀚，为什么要启动“人造太阳”计划？在业内人士看来，核能包含两种方
式：核裂变和核聚变。原子弹就是利用的核裂变的原理；氢弹、太阳则是核聚变的原理
。人造太阳项目，也就是“受控热核聚变能源”，由于其固有的安全性、无污染的优越
性、燃料资源丰富等特点，被认为是人类最理想的洁净能源。
在科学家们看来，核聚变一直以来被人们视为解决未来能源问题的希望。
太阳二.jpg
磁约束核聚变示范堆示意图 | o***o
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