聚变国际计划启动！地球为何另 “造” 太阳？

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11月24日上午，在位于安徽合肥未来大科学城的紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机大厅，中国科学院“燃烧等离子体”国际科学计划正式启动，并面向国际聚变界首次发布BEST研究计划，聚力点燃“人造太阳”。每当看到这类新闻，很多人的第一反应往往是好奇中夹杂着一丝疑惑：天上的太阳还不够用吗？为什么人类非要在地球上自己“造”一个？

▲这是10月1日拍摄的紧凑型聚变能实验装置（BEST）建设现场（无人机照片）（图源：新华社）
事实上，“人造太阳”并非真的要造一个挂在天上的火球，而是指可控核聚变装置。

为什么它是“终极能源”？

万物生长靠太阳。太阳之所以能持续燃烧数十亿年，释放出滋养地球的光和热，靠的就是核心深处的核聚变反应。简单来说，就是两个轻原子核（如氢的同位素氘和氚）在极高的温度和压力下，“大力出奇迹”撞在一起，聚变成一个较重的原子核（氦），在这个过程中，会有少部分的质量“消失”。

▲聚变原理示意图
根据爱因斯坦那个著名的公式 E=mc2，这丢失的一丁点质量，会转化为惊天动地的能量。
那么，为什么科学家对核聚变如此痴迷，甚至认为它是“终极能源”？主要有三个无法拒绝的理由：
能量密度极高：核聚变释放的能量是核裂变（目前的核电站原理）的数倍，更是化石能源的百万倍级。一升海水中提取的氘，发生聚变反应释放的能量，相当于燃烧300升汽油。理论上，几克燃料就足以支撑一个家庭几十年的用电。
燃料几乎无限：聚变的主要燃料是氘（Deuterium）和氚（Tritium）。氘在海水中储量丰富，可以说是“取之不尽，用之不竭”；而氚虽然天然存在极少，但可以通过反应堆自身利用锂来增殖，而锂在地壳和海水中也储量巨大。
清洁且安全：这是它与传统核电最大的不同。核聚变不产生高放射性的核废料（产物主要是氦气，无毒无害），也不会发生像切尔诺贝利或福岛那样的堆芯熔毁事故。因为聚变条件极其苛刻，一旦设备出现故障，反应条件被破坏，反应就会自动停止，就像熄灭的蜡烛一样安全。
所以，人类造“太阳”，本质上是想在地球上模拟太阳内部的反应机制。

要把一团火烧到一亿度

既然原理这么完美，为什么我们到现在还没用上聚变能发的电？因为——太难了。
太阳能发生聚变，是因为它拥有巨大的质量和引力，其核心压力是地球大气压的3000亿倍。在地球上，我们无法产生那么大的引力，只能另辟蹊径：用更高的温度来补偿压力的不足。
要在地球上实现可控核聚变，我们需要满足著名的“劳森判据”（1957年由英国物理学家约翰·劳森提出的核聚变反应堆能量平衡条件），简单说就是搞定三个极端条件：
温度够高：需要将燃料加热到1亿摄氏度以上（比太阳核心还热近10倍），让原子核跑得足够快，才能克服斥力撞在一起。
密度够大：粒子要足够密集，增加碰撞的概率。
时间够长：这团高温高密度的等离子体（带电气体）必须被约束住足够长的时间，才能维持反应持续进行。
这里最大的难题在于，地球上没有任何材料能装得下1亿度的东西。不管是钢铁还是金刚石，碰到这个温度瞬间就会气化。
为了解决这个问题，科学家们想出了一个绝妙的办法：磁约束。既然实物容器不行，那就用无形的“磁场笼子”来装。
这就是目前最主流的装置——托卡马克（Tokamak）。它长得像一个巨大的甜甜圈，通过超导磁体产生强大的磁场，将1亿度的高温等离子体悬浮在真空室中间，既不让它碰到墙壁，又能让它在里面疯狂转圈、碰撞、燃烧。

▲东方超环EAST全超导托卡马克
这是一台精密至极的机器，拥有上百万个零部件，需要在极端温差（内部1亿度，外部超导线圈接近绝对零度）下稳定运行，其工程难度不亚于在地球上重建一个微型宇宙。

中国力量点亮“人造太阳”

在追逐 “人造太阳” 的全球竞赛中，中国团队正以自主创新的硬核实力书写着答卷。
东方超环（EAST），俗称“人造小太阳”，是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，也是首个实现稳态高约束模式运行且持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置，位于安徽省合肥市科学岛。
中国环流三号，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计建造的托卡马克核聚变装置，因模拟太阳内核反应机制被称为“新一代人造太阳”。该装置以本世纪中叶实现聚变能应用为战略目标，主体总高8.39米、直径8米，等离子体离子温度达1.5亿摄氏度，是我国规模最大、参数最高的磁约束核聚变实验装置，核心技术指标位居国际前沿水平。
回到最初的问题：我们需要多久才能用上核聚变发的电？
“我认为实现可控核聚变已经不再是‘永远50年’，预计在2050年左右，即可实现可控核聚变的商业化应用。”在2025世界聚变能源集团第2次部长级会议暨国际原子能机构第30届聚变能大会期间，核工业西南物理研究院院长助理、聚变科学所所长钟武律表示。
这项技术确实还有很长的路要走，也许还需要整整一代科学家的青春。中国工程院院士李建刚曾说过，“希望在我们有生之年，能有一盏灯被核聚变所点燃，这盏灯也必须在中国。”
参考资料：
1.新华社丨太阳“人造”？！这项重大技术国际合作有了新进步
2.央视新闻丨中国院士：我国必须有一盏灯被核聚变点燃
3.中国能源新闻网丨二〇五〇年或可实现可控核聚变商业化应用
4.中国能源报丨可控核聚变技术何时商业化？
撰文：记者 段大卫
编辑：段大卫

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人造太阳成本啥时候能降下来？

voo

我能让聚变输出能量大于点火能量，但是我不干