“人造太阳”还有多远？

近日，由中科院合肥研究院等离子体所自主研制的极向场6号超导线圈运抵国际热核聚变实验堆（ITER）总装现场。据悉，该线圈总重超400吨，是实验堆主机最重要构件之一，也是目前国际上重量最大、研制难度最高的超导磁体。

ITER项目是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，它旨在模拟太阳的核聚变反应产生能量并实现可控利用，俗称“人造太阳”。该项目有望最终解决人类能源问题。

人类合力“造太阳”

ITER计划2006年应运而生，由中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度7方参与，计划在法国普罗旺斯地区共同建造一个电站规模的聚变反应堆，也即世界上最大的托卡马克装置。

ITER项目凝聚了国际聚变界多年来的研究成果以及国际聚变界的技术力量。其原理是利用磁场对等离子体进行约束，模拟太阳的核聚变反应产生能量并实现可控利用。

据了解，参加ITER计划以来，中国承担的ITER采购包，不管是在研发进度还是在完成质量方面，均处于7方的前列，为ITER建设贡献了中国力量与智慧。在国际聚变舞台上，中国有了更大的话语权。

专家预计,ITER项目将在2025年第一次产生等离子体,完成原理验证,随后产生500MW能量,开展自发热等离子体研究。

人类终极能源来源

可控核聚变装置俗称“人造太阳”，是全球核聚变人一代代接力奔跑，致力于照亮人类未来的终极能源梦想。伴随全球人口增长与经济发展，能源需求将持续增长。然而，地球化石燃料的储量有限，寻找未来能源成为当务之急。

万物生长靠太阳，无论是传统的化石能源，还是风能、生物能等新型能源，其本质都是太阳能。而太阳的能量，科学家们早已探明究竟：来自其内部的核聚变反应。那么，我们是否可以模拟太阳产生能量的原理，研发可控核聚变技术，从而制造“太阳”呢？专家的回答是肯定的：不仅可以，而且是必须。

“可控核聚变是目前人类认识到的，可以最终解决人类社会能源与环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。 ”中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如表示。

从必要性来说，化石能源不可再生且有污染，风能、水能不稳定，核裂变能原料有限、核废料有放射性污染，因此，需要寻找资源丰富、清洁高效的新能源——目前，最有可能担当这一角色的只有可控核聚变能。而且，可控核聚变不排放有害气体，有利于解决当前的环境污染问题。

从可行性来说，核聚变的原料是氢的同位素（氘和氚），地球上含量极为丰富。 “氘在海水中储量极大，1公升海水里提取出的氘，在完全聚变反应后，可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。 ”段旭如说。

可控制核聚变困难重重

从核裂变到核聚变，从不可控到可控——仅一字之差，但技术难度差别太大了。

中核集团核工业西南物理研究院特聘研究员钟武律说，太阳能稳定核聚变，是因其内部不仅有1500万摄氏度以上的高温，且约有3000亿个大气压的超高气压。而地球上无法达到如此高的气压，只能在高温上下功夫了，需要把温度提高到上亿摄氏度才行。“先不说如何产生这么高的温度，就算产生了，也找不到容器‘盛放’它。 ”钟武律说，地球上最耐高温的金属材料钨在3000多摄氏度就会熔化。

不过，人类不会被困难吓倒。 20世纪50年代开始，科学家们就经历了一系列磁约束技术路线的探索，到上世纪60年代，前苏联科学家提出托卡马克方案，效果惊人，备受关注。托卡马克，简单来说是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的中央是一个环形真空，外面围绕着线圈。通电时，其内部会产生巨大螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高温度，以达到核聚变目的。

我国“人造太阳”领先世界一步

“人造太阳”，也就是模仿太阳内部的工作原理来获得能量，目前我国在可控核聚变领域一直处在国际先进水平。中国自主研制的中国环流器二号M装置是目前中国最大的托卡马克装置，被称为中国新一代核聚变实验装置。该装置由中核集团核工业西南物理研究院承建，预计今年投入运行。

我国可控聚变研究始自上世纪50年代，几乎与国际上聚变研究同步。

1965年，根据建设需要，我国建立了当时国内最大的聚变研究基地——西南物理研究所，也就是中核集团核工业西南物理研究院的前身。

正是在这里，中国核聚变领域第一座大科学装置——中国环流器一号（HL－1）托卡马克装置于1984年建成，成为我国核聚变研究史上的一个重要里程碑。

从此，中国磁约束聚变一步步从无到有，从小到大。 1995年，中国第一个超导托卡马克装置HT－7在合肥建成；2002年中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号A（HL－2A）；2006年，世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次等离子体放电成功……

预计今年在四川成都投入运行的 “中国环流器二号M”装置，将成为我国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验研究装置。它可将我国现有装置的最高等离子体电流从1兆安培提高到3兆安培，离子温度也将达到1亿摄氏度以上。

构成太阳物质并不特殊

据科学家测算，太阳每秒钟释放的能量相当于900亿个当量在百万吨级核弹爆炸所释放的能量，我们地球能够接收到的太阳发出的能量，占比仅仅达到22亿分之一，就是这么一点看似不起眼的比例，为地球维持相对稳定的温度，和生命体的诞生以及生物的发展演化提供了充足的保障。

构成太阳的物质并不特殊，占太阳总质量大约98.2%是氢元素和氦元素 （其中以氢元素为主，占71%左右），而剩下的不到2%的质量，是由氧、碳、铁、氖、氮、硅、镁等等元素组成。

太阳能够启动核聚变，关键在于它庞大的质量，我们知道太阳的质量占据了整个太阳系的99.86%，相当于33万颗地球。根据科学家估算，其核心工作区域，温度达到了1500万摄氏度，压力相当于3000亿个大气压。

本版文图据人民网、《经济日报》综合整理

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