人造太阳|人造太阳，点亮人类能源梦想
万物生长靠太阳 。科学家们长期致力于利用太阳发光发热的原理 ， 为人类开发一种源源不断的清洁能源 。因此 ， 在地球上以探索清洁能源为目标的受控核聚变研究装置又被称为“人造太阳” 。聚变燃料氘可以从海水中提取 ， 一升海水中的氘发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油 。有人甚至说 ， 聚变能一旦实现 ， 人类的文明发展将不再受制于能源 。我们可以在寒冷的冬天种植热带水果 ， 全天候不间断地为粮食作物提供光源 ， 星际旅行也将不再是梦想 。
2020年中央经济工作会议提出：“我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值 ， 力争2060年前实现碳中和 。”能源安全、环境问题和气候变化等问题日益突出 ， 成为21世纪人类社会面临的最严峻挑战之一 。核聚变能以其资源丰富、环境友好和固有安全性等优势将成为人类未来的理想能源 ， 是目前认识到的解决人类社会能源与环境问题的终极途径之一 ， 是实现碳中和目标的有效技术方案之一 。我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略中 ， 将聚变能作为解决能源问题的终极目标 。
“人造太阳”从“核”而来
众所周知 ， 原子能的利用包括核裂变和核聚变 。核裂变是将较重的原子核分裂为较轻的原子核并释放出能量 。而核聚变则是将较轻的原子核聚合反应而生成较重的原子核 ， 并释放出巨大能量 。太阳等恒星之所以发光发热 ， 正是因为其内部持续不断地进行着轻核间的核聚变反应 。人类在上世纪50年代初成功试爆了第一颗氢弹 ， 但氢弹爆炸是不可控的核聚变反应 ， 不能作为提供能源的手段 。自那以后 ， 人类便致力于受控核聚变研究 。
受控核聚变实现的方式主要有两种——磁约束核聚变和惯性约束核聚变 。其中磁约束核聚变是用强磁场来约束高温核聚变燃料 。实现受控核聚变的条件十分苛刻 ， 一是燃料需达到极高的温度（1亿摄氏度以上） ， 但极端高温下的燃料无法用普通固体容器来盛装 ， 为此 ， 科学家们提出用强磁场的方式来约束处于极高温下的聚变燃料；二是具有足够的密度 ， 从而提高燃料原子核之间碰撞而发生核聚变反应的概率；三是具备足够长的能量约束时间 ， 将高温高密度的核反应条件维持足够长的时间 ， 才能使核聚变反应得以持续进行 。也就是说 ， 燃料离子温度、密度、能量约束时间 ， 这三个参数的乘积（“聚变三乘积”）必须达到一定值 ， 才能满足聚变“点火”条件 ， 实现受控核聚变 。因此 ， 核聚变原理虽然简单 ， 但聚变能开发却面临一系列科学技术挑战 。
国际磁约束受控核聚变研究始于上世纪50年代 ， 经历了从最初的少数几个核大国进行秘密研究、技术解密 ， 再到世界范围内开放合作、共同参与的研究阶段 。在研究进程中 ， 也先后探索了箍缩、磁镜、仿星器、托卡马克等众多途径 ， 目标都围绕如何提高等离子体的关键参数 ， 最终满足受控核聚变反应的条件 。从上世纪70年代开始 ， 托卡马克途径逐渐显示出独特优势 ， 成为磁约束核聚变研究的主流途径 。国际磁约束聚变界通过几十年努力 ， 在核聚变研究领域取得了重大进展 ， 装置的“聚变三乘积”提升了几个数量级 ， 但要实现受控核聚变 ， 关键技术上仍存在很大挑战 ， 需凝聚全世界之力共同攻克 。1985年 ， 国际热核聚变实验堆（ITER）计划提出 ， 其目的就是希望通过国际合作 ， 建造一座核聚变反应堆 ， 以验证核聚变能和平利用的科学可行性和工程技术可行性 。
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