可控核聚变，您了解多少呢？

中国自古就有夸父逐日地传说。太阳光每秒钟向地球输送的能量，就相当于燃烧500万吨煤的产生的热能。如今，全球的核科学家们正在研究一种类似太阳的装置，这项实验被称为国际热核聚变实验堆，由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国七方共同参与建造，被誉为全世界最大的“人造太阳”。

核聚变不同于裂变，无污染无辐射。这次由中国率先突破的核心部件是被誉为“太阳防火墙”的增强热负荷第一壁。这标志的着中国突破了“增强热负荷第一壁”这一关键技术，不仅为我国自主掌握关键技术、展现大国担当做出了贡献，也为“人造太阳”计划提供了“中国智慧”和“中国方案”。

其实，从去年开始，中国在“人造太阳”项目上，就显示出不凡实力。成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将原纪录延长了5倍！如今，又取得如此成果，这也让中国核科技大放光彩。

虽然是国际合作，但当年中国启动“人造太阳”的时候，超导等关键技术一直掌握在少数发达国家手中，向外国购买超导材料吃尽了苦头。随着在热核聚变领域不断取得突破，中国核科技正在发出了自己的声音。

那么，“人造太阳”到底是什么？为什么世界各国都不遗余力地进行研究。而它的出现，又能解决哪些能源问题呢？本文，我们就来看看这些问题，科普一下“人造太阳”。全文约2000字，预计阅读时间10分钟。

1、人造太阳是什么？

“人造太阳”在科学界有统一的名称——托卡马克。它是环形、真空室、磁场和线圈的俄语缩写。从名称上也能看出，人造太阳是环形真空室，其中遍布着强大的磁场，控制着其中无数的带电粒子。当温度极度高时，其中氘、氚原子核的猛烈撞击，生成氦原子并释放中子和大量能量，形成核聚变。

那么，“人造太阳”有哪些特点呢？

（1）无实物接触

人造太阳是一个环形真空场。各种带电粒子被其中的磁电等场力约束，没有没有任何实物可以直接与其接触。远远望去，确实非常像一个“人工太阳”。

（2）高温

“人造太阳”需要一亿度以上的温度，才能使氘、氚混合气体发生聚变。这种高温下想要约束这些等离子体并实现可控，是非困难的事情。而高温是目前人类实现聚变必不可少的前提条件。

（3）清洁

核聚变不仅原料取之不尽，用之不竭。而且聚变过程产生的辐射很少，放射的时间短。即便是发生了意外，只要破坏了发电室，聚变就结束了。远远比裂变安全，是真正的清洁能源。

2、人造太阳与真太阳有何区别？

“人造太阳”并不等于小太阳。其实，两者还是有非常大的区别的。严格的角度来说，“人造太阳”是模仿了太阳的聚变反应，但调整了反应配方，其实比真正的太阳更合理，更高效。其区别主要分为如下几个方面。

（1）功率不同

太阳的体积非常之巨大，如果“人造太阳”的功率等同于太阳，那恐怕地球都放不下。所以，科学家在制造“人造太阳”时，并没有完成参考太阳的标准，反而是尽量减小体积，增加功率。

（2）反应物效率不同

在太阳核心，氢元素主要是以单质子的氕的形式存在。这种反应物导致太阳核心的聚变效率很低。如果模仿这种方式的聚变，“人造太阳”就会失去基本的应用前景。因此科学家使用氘、氚混合气体完成聚变，大幅度地提高了聚变效率。

（3）温度不同

“人造太阳”的核心聚变材料与太阳不同，进而也使两者的温度产生了天差地别。而“人造太阳”的温度远远高于太阳，达到了恐怖的一亿摄氏度。这是更高效率聚变所带来的新增条件。但也使得“人造太阳”的聚变更加合理，效率更加高。

3、太阳其实没有想象中的热

谈到了真正的太阳，就不得不说说太阳的温度。其实，太阳远没有我们想象的那么热，太阳的表面温度是5500摄氏度。这个温度，在核物理领域其实是非常低的。想要达到这个温度是非常容易的，我们日常所见的电焊电弧，温度就在6000摄氏度左右。

太阳正在的高温在其核心，其核聚变的温度基本在1500万摄氏度左右。这个温度只有“人造太阳”的十分之一，功率密度只有每立方米276.5瓦。也就是说，太阳核心的功率密度只相当于人体发热的2.8倍。这个发热功率低到你不敢相信。

而太阳之所以能为整个太阳系提供动力，只因为其体积实在是太大了。这个角度来说，“人造太阳”是远超于真正的太阳的，这是一种真正的创造，而非简单的模仿。太阳从50亿年前开始核聚变的那一刻起，就没有从外界摄取过任何能量，但它还能再燃烧约50亿年。所以，太阳是够大，但其实没有那么热。

4、人工可控核聚变

搞清了太阳的原理，你就会发现“人造太阳”是真的伟大。不仅要在效率上产生质变，还要实现整个过程的人工可控。这是非常困难的，但人类“控制聚变”在这条路上，已经行走了半个世纪。

氢弹就是聚变不可控的标准实例。而前苏联的科学家一度希望控制氢弹，他们还提出了著名的“氢弹发电法”。将大山的体内挖空，再将氢弹置于其中并引爆，其产生的巨大能能量可以慢慢引出，用于发电。这种极富创造力的发电方式在科学角度上是具备条件的，只是没有任何一个国家愿意实践。

除了“人造太阳”，2021年，美国还利用“惯性约束”装置促成核聚变。这个装置有三个足球场大，通过一系列的控制，成功将192束总能量为1.9兆焦的激光在20纳秒内聚焦到一粒胡椒大小的核聚变材料上，释放出1.35兆焦的能量，输出能量达到输入能量的70%，这已经非常接近能量的平衡点了。

目前，最可能实现“可控聚变”的，就是“人造太阳”。其目标就是轻松控制核聚变的输出能量达到输入能量的10倍左右。这样，用之不竭的“人造太阳能”就会出现在我们的生活中了。

5、结语

人类科技前行的步伐永不停止，而“人造太阳”一定会有出现的一天。中国作为当今世界数一数二的大国，更应该在“可控聚变”上寻求突破。“人造太阳”不仅是一项科研实验，更是大国重器。幸运的是，我们现在已经取得了多次重大突破。

加油吧，我的国，希望在有生之年，看到属于中国自己的“人造太阳”。

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