10 月 19 日下午，中核集团科研团队再传佳绩，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL-2M 等离子体电流突破 100 万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新记录，标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步，跻身国际第一方阵，技术水平居国际前列。

两种人造太阳

人造太阳可能就是力挽狂澜的关键，它可以把太阳搬到地球，在地球上实现氢聚变，让我们有取之不尽，用之不竭的能源，而又不用加热我们的星球。

在地球上实现氢聚变目前主要有两个方向，一个是托卡马克装置，利用磁场来约束高温等离子体，维持氢聚变，包括国际热核聚变实验反应堆、中国的东方超环及韩国的类似装置等，都是属于这一类型。

而美国的国家点火装置属于另一个方向，它是一种惯性约束装置，利用强大的激光压缩聚变材料，使其内爆产生高温高压来点燃氢聚变，更像是发生在太阳中的情形，只不过太阳是通过物质的巨大引力，而不是激光来压缩中心的聚变材料。

“人造太阳”内部构造模型图

人造太阳如何才算成功？

人造太阳成功的最终标志，就是氢聚变点火-自持燃烧-产生的能量大于输入的能量总和。

目前全球的托克马克装置都还未能实现氢聚变点火，中国的东方超环已实现1.2亿度101秒等离子体运行，1.6亿度20秒等离子体运行，以及1056 秒的长脉冲等离子体运行，接连刷新世界纪录。但这仍离人造太阳升起发电还有很长的距离，韩国的预期是在未来30年内开始利用核聚变发电。

美国国家点火装置

美国的国家点火装置，是用3个足球场大小的各种设施设备，产生192束强大的高能激光，分成两组射进一个直径10米，重达130吨的钢球“靶室”里，在10亿分之一秒的时间内，相向射入中间一个直径约6.72毫米，由金和铀制造的圆柱形“黑腔”，而黑腔的中央，是一个1毫米大小，装着约200微克氘氚燃料的胶囊。

“人造太阳”内部构造

激光的总能量高达200万焦耳，峰值功率500万亿瓦，从“黑腔”的两端射入后会在内壁反射产生X射线，让3个足球场大小装置产生的能量轰击区区1毫米大小的胶囊，导致其瞬间坍缩（内爆），速度高达350公里/秒，氘氚原子在1亿摄氏度的极端高温和1000万个大气压下发生聚变，产生氦原子核（α粒子），并释放高能中子和其他形式的能量。

这时候如果条件合适，内爆对称，压力和温度足够高，这些α粒子就可能轰击周围的氘氚燃料，引发可以自持的聚变反应，相当于我们用激光去点火，这个装置因而被命名为国家点火装置。

这次论文所说的点火，实际是在去年8月8日实现的，在这个过程中胶囊产生了1.35兆焦耳 (MJ)的能量，是它内爆点接收能量的50倍，胶囊接收能量的6倍，输入激光能量1.9兆焦耳的70%——如果达到或超过100%，才能说这个微型人造太阳完全成功了。而地球历史上首次发生的受控氢聚变连锁反应，也仅持续了100万亿分之一秒，之后的重复实验，也未能再现这样的过程，由此可见，要实现自持氢聚变是多么的困难。

“人造太阳”模型图

这个原因其实说复杂也复杂，说简单也简单，要用3个足球场大，长达1公里的厂房设备，把422兆焦耳电容存储的能量，转换成1.9兆焦耳的192束激光，精确引导到一个1毫米大小的胶囊上，时间误差还不能超过30皮秒，整套设备必须实现零震动和零热胀冷缩，所有机械都必须完美，即使10吨重的设备，安装误差也不能超过100微米，这就意味着任何些微的差错，都可能导致结果的面目全非。

美国人造太阳的秘密

然而，如此厉害的装置，如此重大的突破，这个玩意儿却并不是专为人造太阳而建的，而是藏着一个人所皆知的重大“秘密”。这就是在全球禁止核试验后，美国可以通过这个装置测量与温度、密度和压力相关的聚变参量，作为计算机模拟核爆的标定参数，为评估核武器提供秘密的关键数据——你知道它是干什么的，但你不知道它干了什么，得到了什么。

所以虽然只实现了这一次的自持氢聚变，但这一年里在其他基础物理方面，美国科学家们也进行了很多实验。而最关键的是，这个装置已为美国培养了众多高水平的人才，推动了核聚变和其他核技术等多个领域的发展，并保证了核武库的长期安全和性能。

国家点火装置的点火，就像人为压缩氘氚制造一个极为微小的太阳；

“人造太阳”装置

托克马克装置的点火，则是利用超导建立的强大磁场，将上亿度的等离子体约束在直径数米的范围内，更像是一个真正的太阳。

所以我觉得真正的人造太阳，可能还是托克马克装置，美国这个倒像是打酱油的，要是把两者结合在一起会怎样？

中国采取的方式就是建造一个“托卡马克”装置，这种最早在苏联时期幼儿，苏联科学家提出并实施建造的设备，原理可以简单概括为磁约束设施，通过一个磁性线圈环形真空室，该装置可以产生强大的纵向磁场，来把带限定性的等离子体固定住，从而使其不接触任何物质，在整个装置当中悬浮，而真空的导热性相对较差，这样一来炙热的等离子体就不会在短时间内损坏聚变反应发生器。

而近期中国托卡马克装置再度取得重大突破，首次实现了加热功率超过10兆瓦等离子体储能增加到300千焦，并且等离子体中心的电子温度首次达到了1亿度，超过了太阳表面温度的两倍，虽然美国和日本以及欧美等国家都在进行可控核聚变设备的研发，但从目前的局势来看，尤其是此次中国率先实现了一亿度的突破，似乎证明中国正在成为最有可能率先实现可控核聚变研发的国家，这对中国来说是非常值得振奋的结果，而中国也必然再接再厉，迎头追赶超越其他欧美国家创下的成就。

“人造太阳”装置

无论是哪种人造太阳，都需要输入巨大的能量，才能实现氢聚变点火——这里要解释一下，实际是氢的同位素氘-氚聚变，这种聚变相对来说是最容易实现的，所以目前的人造太阳实验用的都是氘和氚，为方便起见，我还是统称氢聚变。

寻找清洁能源，是当今时代最为关键的探索方向。人类长期依赖化石燃料，已经对地球气候造成了不可逆的影响，未来人类需要使用更加清洁、可再生的能源。

在所有可再生能源中，太阳能是最为关键的能源，而太阳的能量来源于核聚变，因此科学家希望可以在地球上模仿太阳的核聚变反应，从而创造出“人造太阳”。

中国“人造太阳”装置

太阳的核聚变主要是氢氦核聚变，核聚变燃料是氢元素，产物是氦元素，是非常清洁的能源，而且可以产生巨大的能量。

科学家为什么要制造“人造太阳”？

人造太阳就是可控核聚变设备，核聚变也可以成为人类未来能量的来源。

首先人造太阳可以产生巨大的能量，核聚变释放的能量要比核裂变更大，也就是说，人造太阳能够产生的能量，要远远大于目前的核电站。

而且人造太阳不会产生核废料，也不会对环境造成较大的污染，最为关键的是，人造太阳的燃料随处可见，目前人造太阳主要是用重氢，而在地球海洋中就可以获得大量重氢，10 万亿吨重氢都可以轻松获得。

人造太阳的燃料可以通过海洋供应，海洋中大约 6500 个氢原子中有 1 个重氢，仅仅需要 1 升海水，就可以通过核聚变获得 300 升汽油的能量。

如果可以将 1 立方千米的海水全部作为核聚变燃料，那么就可以产生 10 万亿桶原油能量，如果实现人造太阳，人类就可以彻底摆脱对化石燃料的依赖，而且是非常清洁的能量来源。

可控核聚变，才是真正的“人造太阳”：

核聚变是质量小的原子，在极高的温度和压力下，让核外电子摆脱原子核的束缚，原子核互相吸引融合，产生聚合作用，诞生出质量更大的原子核，完成聚合后的，中子和电子释放出来，产生巨大的能量。

氢弹是不可控核聚变，能够利用不可控的核聚变反应，产生巨大的破坏力，但是人类想要利用核聚变反应产生可利用的能量，就需要找到可控核聚变的方法。

太阳内部存在巨大的压力，并且可以达到非常高的温度，进而引发核聚变反应，在地球上，很难形成类似太阳中心的压力，因此只能超越太阳中心的温度，引发核聚变反应。

在地球可以实现的压力范围内，想要引发核聚变反应，需要到达上亿摄氏度，对温度的提升可以实现，但是地球上没有任何固体可以承受如此高的温度，因此人造太阳，无法使用普通的容器放置。

为了让人造太阳可以在密闭的空间内存在，科学家只能通过强大的磁场对人造太阳进行约束，类似磁悬浮技术，让人造太阳可以不接触任何设备释放能量。

“人造太阳”装置

目前世界各国的很多核聚变设备都已经完成了点火，但是都无法长期维持，只能短时间实现可控核聚变，中国的核聚变设备也已经实现重大突破。

寻找新能源，是保护地球的关键，核聚变很有可能成为未来的主要能源之一。

科学家如果掌握可控核聚变，仅仅需要少量核聚变设备，就可以让人类彻底摆脱对化石燃料的依赖，从而为人类恢复地球环境提供充足的时间。

随着全球变暖的影响越来越大，科学家也开始对人造太阳越来越重视，或许不久之后，人类就会迎来能源问题的重大突破！