我們?cè)诿枥L未來(lái)美好生活場(chǎng)景的時(shí)候，總會(huì)說(shuō)一句“物質(zhì)極大豐富”。什么叫物質(zhì)極大豐富?歸于一點(diǎn)便是能源可以無(wú)限供應(yīng)，并且安全、清潔、高效。　　

在《三體》描述的未來(lái)世界里，人類(lèi)艱難突破智子的封鎖，造出了可控核聚變裝置——反應(yīng)爐中燃起的“微型太陽(yáng)”只消耗很少的燃料，就能釋放出巨大的熱量來(lái)發(fā)電，這種裝置被稱(chēng)為 “人造太陽(yáng)”。　　

那么，科幻小說(shuō)設(shè)定中的“無(wú)限能源”到底是什么?將怎樣改變?nèi)祟?lèi)使用能源的方式呢?今天，我們來(lái)一起聊聊“人造太陽(yáng)”的那些事。

什么是“人造太陽(yáng)”?　　

“人造太陽(yáng)”一般指國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，以其安全、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)成為滿(mǎn)足未來(lái)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要技術(shù)方案。但要實(shí)現(xiàn)這一核聚變，通常要求溫度達(dá)到 億度量級(jí)。　　

簡(jiǎn)言之就是在地球上造一個(gè)裝置，模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱釋放能量，從而解決人類(lèi)所面臨的能源問(wèn)題。

核聚變工作原理　　圖源：BBC　　

更重要的是，核聚變釋放的能量是核裂變的數(shù)倍。理論上，只需要幾克氘和氚的混合反應(yīng)物，就有可能產(chǎn)生上萬(wàn)億焦耳的能量，這相當(dāng)于一個(gè)普通人一生所需的能量。　　

如果我們可以模擬這個(gè)反應(yīng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”，便可一勞永逸解決能源問(wèn)題。　　

世界多國(guó)都在“造太陽(yáng)”　　

20世紀(jì)中葉，蘇聯(lián)科學(xué)家研制出了一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變的環(huán)形容器。這種名為托卡馬克的裝置，為可控核聚變技術(shù)的突破打開(kāi)了一扇大門(mén)。

高能粒子流經(jīng)托卡馬克形成甜甜圈形狀　　圖源：微信公眾號(hào) 甲子光年　　

“造太陽(yáng)”，托卡馬克裝置被寄予厚望，是世界各國(guó)都在研發(fā)探索的方向。上世紀(jì)90年代，美歐日先后建成3個(gè)大的托卡馬克裝置，均實(shí)現(xiàn)在 三五秒鐘的時(shí)間內(nèi)維持核聚變反應(yīng)，且可重復(fù)。這意味著，科學(xué)上的可行性在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，而中國(guó)在這方面也逐漸實(shí)現(xiàn)了“彎道超車(chē)”。　　

從上世紀(jì)50年代，中國(guó)開(kāi)啟核聚變研究，到1984年中國(guó)環(huán)流器一號(hào)(HL-1)的建成，為中國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行“人造太陽(yáng)”培養(yǎng)了大批人才，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。再到1994年，更名為“ht-7”的大科學(xué)裝置成功研制，中國(guó)成為繼俄、法、日之后第四個(gè)擁有超導(dǎo)托卡馬克裝置的國(guó)家。　　

現(xiàn)如今，中國(guó)已有多座成功運(yùn)行的國(guó)產(chǎn)托卡馬克裝置。　　

其中，中國(guó)設(shè)計(jì)的東方超環(huán)EAST，是世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，坐落于中國(guó)科學(xué)院合肥等離子體物理研究所。2021年12月，EAST實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。

新一代“人造太陽(yáng)”(HL-2M)裝置　　圖源：中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院/科技日?qǐng)?bào)　　

今年10月，中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”托卡馬克裝置(HL-2M)等離子體電流突破100萬(wàn)安培(1兆安)，創(chuàng)造了中國(guó)可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄。　　

新一代“人造太陽(yáng)”的發(fā)展與前景　　

近期，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院傳出消息，全球最大的“人造太陽(yáng)”，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，并且具備了批量制造條件。這次最新突破的關(guān)鍵部件“第一壁”，實(shí)際上是“人造太陽(yáng)”的“防火墻”，可以直接面對(duì)燃燒的上億攝氏度等離子體。這是中國(guó)在可控核聚變領(lǐng)域的巨大突破，標(biāo)志著中國(guó)全面突破“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)。

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)施工現(xiàn)場(chǎng)　　圖源：中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)劃執(zhí)行中心/科技日?qǐng)?bào)　　

探索開(kāi)發(fā)聚變能源的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)，由中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)7方共同參與建造，被譽(yù)為全世界最大的“人造太陽(yáng)”。目前，ITER正在法國(guó)南部按計(jì)劃推進(jìn)，預(yù)計(jì)2025年完成。　　

從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的周期來(lái)看，可控核聚變是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備技術(shù)。一旦獲得突破，人類(lèi)將擁有廉價(jià)、安全、清潔的能源，地球環(huán)境得到極大改善，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提升，甚至星際旅行成為可能。　　

無(wú)論如何，人類(lèi)追逐“終極能源”的腳步越來(lái)越快。蘇聯(lián)物理學(xué)家、托卡馬克之父列夫·阿齊莫維奇(Lev Artsimovich)說(shuō)過(guò)一句名言：“當(dāng)整個(gè)社會(huì)都需要的時(shí)候，聚變就會(huì)實(shí)現(xiàn)。”　　

這一天，或許不再遙遠(yuǎn)。