种太阳的熊孩子去哪儿了？
2017/9/4 中国科学院北京综合研究中心

    

     每个80 后，90后相信都听过这样一首歌“我有一个美丽的愿望，长大以后能播种太阳”，时过境迁，这个种太阳的熊孩子早已成为网红，每当暑热难耐之际，人们就会暗自担心，这个熊孩子是不是成功了。

    

     今天小编要跟大家说一个“不幸”的消息，这个种太阳的熊孩子其实不是一个人，而是一个团队，他们就匿藏在中科院合肥研究院里，积极的种着人造太阳，并且在多个技术上实现了全球第一。

     阳光能够穿越暗黑的宇宙，给地球带来温暖和明亮，是因为其自身无时无刻不在发生着热核聚变反应。核聚变就是由质量轻的原子(主要是指氢的同位素氘和氚)在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重原子核(氦)，并释放出巨大的能量的过程。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭，威力巨大，人们熟知的氢弹就是利用核聚变原理制造的。然而氢弹是不可控的核聚变反应，想要这么巨大的能量为人所用，就要实现核聚变的可控化。

    

     在聚变反应堆内，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高。我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓度，促使核聚变产生的中子轰击锂核，实现锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚将继续参与氚-氘反应，继而产生新的中子，从而形成链式反应。所以，理论上我们只需要给反应体提供两种原料——氘和锂，就能实现氘-氚反应，并且维持它的进行，从而实现可控的核聚变。

     但是这样的核聚变反应堆要达到上亿摄氏度，而太阳表面的温度也才只有6000万℃左右。迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度高温的材料，更不要说上亿摄氏度了。

     为了解决核聚变反应堆的制造问题，科学家们提出了两种约束高温反应体进行核聚变的理论，一种是王淦昌院士提出的激光惯性约束，即把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内，然后从外面均匀射入高能激光束或粒子束，球囊内的氘-氚反应气体受力向内挤压，压力升高，温度也急剧升高，当温度达到核反应需要的温度时，球内气体发生核聚变反应，产生大量热能。这样的爆炸每秒钟持续不断地发生三四次，释放出的热量传导出来就能发电，功率可达到百万千瓦以上。

     另一种就是磁力约束，20世纪40年代末由苏联科学家伊戈尔·塔姆和安德烈·萨哈罗夫提出，即通过强大的磁场形成一个封闭的环绕型磁力线，让等离子体沿磁力线运行。由于磁场不能穿过等离子体内部，但可以沿着等离子体的边沿绕行，这样就可以使用磁场将等离子体约束起来，利用运动电荷在磁场中作圆周运动的规律，使核聚变物质与容器隔离。这样的“环形磁约束容器”装置就叫托卡马克。

    

     我国核聚变能研究开始于上世纪50年代末，先后建成了两个在发展中国家最大的、理工结合的大型现代化专业研究所，中科院合肥等离子体物理研究所就是其中之一，它研发了四代托卡马克装置，其中的超导托卡马克实验装置EAST(东方超环)，是我国自主建成的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST装置，被国际聚变界评价为“全世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑”。

    

     今年7月，EAST顺利完成了上百秒的稳态高约束运行模式，使中国成为世界上第一个实现上百秒运行的国家。这也就意味着，中国的“人造太阳”技术，已经是全球领先水平，距离核聚变技术的实际应用又跨越了一步。“东方超环”的出众技术成就，得到国际学界的普遍认可，并邀请中国参与国际热核聚变实验堆(ITER)计划，这是目前国际上规模最大，影响最深远的项目，也就是我们俗称的“人造太阳”。根据同ITER组织达成的协议，中国承担了ITER包括包层壁、线圈导体等12个任务，涵盖了ITER 核心关键部件，其中磁体馈线系统(又被称为ITER主机的生命线)的首个部件已经研制成功，其性能已通过国际评估，受到普遍赞誉。

     好啦，就让我们共同期待，太阳大丰收的那天吧~

    

    

     本期编辑：冯凯悦

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