文|贾文彬的史书

编辑|贾文彬的史书

今日，我国“人造太阳”（EAST）”成功运行，并达到了403秒的续航，成功刷新了101秒的世界纪录！

这是一件可喜可贺的事情，但是可能有的网友会疑惑，现在不是有太阳吗？为什么又要建立人造太阳，难道要等太阳枯竭使用？

如果你们要是这么想，那就大错特错了。

接下来，我就讲解一下“人造太阳”是什么，以及为什么要研究它。

首先要说明的是，“人造太阳”这一称谓，其实并不是说要真正造出一个会发光的小太阳出来，而是利用核聚变的方式来获得能源，供人们在各行各业使用，而就从这么一点，大家就应该能看出来“人造太阳”对人类的作用有多么巨大。

如今世界各国都在面临着能源危机，新能源的替代已经成为必然。

国际能源署在2022年发表的《世界能源展望报告》中明确指出，现在全世界都将面临一场前所未有的能源危机之中，地球资源即将被消耗殆机，尤其是欧洲地区的国家最为突出。

在这种情况之下，人们必须要找到一个更好更有潜力的新类能源，那么才能让人类文明延续下去，在这时候，取之不尽又没有任何污染的核聚变燃料就走进了科学家的眼中。

核聚变材料如何取之不尽

核聚变的主要原料是氢的同位元素氚和氘，而这种原料在大海中随处可见，每升海水都能够取出至少0.03毫克的氘，乍一看这也不多啊，但你知道吗，仅这0.03毫克的氘，就可以顶上300升的汽油，你敢信吗？

现全球的海水总量是135亿亿立方米，如果换算下来的话，那么每平米的海水，就相当于300吨的汽油，全部的海水加起来，总共是40500亿亿吨的汽油，而跟据统计，现在人类每年的燃料使用量为50亿吨石油，那么这些燃料就足以让全世界人们使用810亿年。

而海水中除了可以提取出氘来，还能提取出氚，可以说大海就是人类的资源宝库，那么万一海水用完该怎么办呢？

不要怕，因为核聚变的原料除了氘与氚这两个之外，还有氦-3这一能源。

氦-3是一种世界公认的高效、清洁、安全并且廉价的核聚变燃料，根据科学的统计，10吨的氦-3就能满足我国一年的能源需求，而100吨的氦-3，就能够满足全国的能源需求。

那么这东西好嘛？好！但是这玩意在月球上面，根据月球的探测结果来看，月球上面的氦-3含量已经达到了100万吨以上，足够地球使用1万年，那不跟没说一样？其实不然。

自21世纪以来，世界各国就已经对月球资源开采、运输等进行研究，虽然并没有太大的实质性发展，但以目前地球的发展程度来看，这一项目迟早会完成，所以我在这里就不多做解释。

那么了解了世界研究“人造太阳”的起因，那么接下来就重点介绍一下“人造太阳”！

“人造太阳”是一个核聚变反应堆

反应堆是什么？简单来讲，它就是指可以支撑起核聚变反应的大型装置，那既然是一个核反应堆，为什么要叫“人造太阳”呢？

因为这种核聚变的原理与太阳核聚变的原理十分相似。

众所周知，太阳本质上就是通过一个巨型核聚变团，它源源不断的进行核聚变并发出巨大能量，再以电磁辐射的方式将能量源源不断的释放出去，而这种能量，就是光。

人类模仿太阳核聚变的方式，在地球上进行研究实验，这种项目就被称为“人造太阳”。

那么人们为什么要模仿太阳呢，现在的核武器不也是以核聚变为基础制造的吗？

核武器确实是以核聚变为基础制造的，也是目前人类所知所有技术中，最为熟练的核聚变方式，但是这种方法本身实际上并不可控，如同核武器一样，他在引爆之后，是在一瞬间将自身的能量全部释放，从而产生巨强高温，而这种方法除了战争，几乎无法造福人类。

这就相当于原始人拿了一把斧头，他只知道斧头是铁做成，也知道铁怎么获取，但他却不知道铁除了做斧头，还有什么作用。

当然这个比喻可能不太恰当，但是现在人们对于核聚变的理解，与它是一样的，都是只知道这样的方法能使他产生能量，但是它的其余作用却一概不知，针对这一情况，科学家们提出了受控核聚变这一理论。

受控核聚变的意思就和他的名字一样，而它的底层原理和氢弹也一样，不过不是直接爆炸，而是可以控制输出功率，基本原理是核物理学。

毫无疑问的是，研究这一项技术将会是十分困难的，以现在人们研究的结论来看，出现了两个技术难题。

第一个难题就是装置材料

想要让核聚变可控，就要将它转化为等离子体，然而想要实现这种变化，需要核聚变达到上亿摄氏度的高温，但是以地球上的所有材质来讲，没有一个能承受。

那这样讲的话，这种实验岂不从一开始就失败了吗？这个时候就不得不提一下托卡马特装置了。

托马卡特装置是由苏联人发明的，当年苏联的科学家们在进行核反应的时候，也碰到了这样的问题，但是根据等离子带电的特性，苏联科学家豁想到了“磁约束”的办法。

所谓磁约束，就是建立一个真空的环境，用磁场将高温等离子与设备隔离，不发生任何接触，这样等离子体就无法融化或者将设备气化。

说起来简单，但是做起来拥有极大的难度，想要进行这项实验，就要将容器内部抽成真空，不能有一丝气体，另外就是磁场问题。

想要将上亿温度的等离子悬浮于空中，就要极强的磁场，而想要加强磁场，就需要强大的电流，但是想要强大的电流，就需要电阻极小的导线，那么就要动用超导技术，但是想要利用超导技术，那么就必须要让超导体时刻处于低温、高压的环境下，这又要求低温与高压两个技术都达到要求。

这些技术放到任何领域，都是顶尖的存在，可想而知“人造太阳”难度之大。

如何让输出能量比输入能量要高。

这便是研究核聚变的第二个难点，前文提过，要想研究核聚变，就要将其加热到上亿的温度，而这些需要巨大能量才能够实现，我们将这些巨大的能量称为输入能量，将核聚变产生的能量叫做输出能量。

我们的脑子告诉我们，回报肯定要比付出多，否则那不就是吃饱了没事干——闲的，而核聚变同样适用，输出能量比输入能量还低的话，那就不是造福人类，而是拖垮人类。

科学家们将输出能量以及输入能量的比例称为Q值，经过测算的得出，要想着项技术能够实现效益，那么Q值比喻要大于10，也就是输出能量必须要大于输入能量的10倍。

但是既然能够被称为技术难题之一，那么肯定也不会如此简单。

从1954年苏联建立出第一个托卡马克装置后，整整研究了16年的时间，做过了无数次的实验，但是一点能量都没有获得。

直到1970年的时候，苏联的科学家们终于从装置中获取到了能量的存在，这才引起世界各国对核聚变研究的热潮，而在之后的几个月时间里，Q值不断增加，从做开始的0.12涨到了1.25，这一组数据，正式标志着这一计划的可行性。

于是在2006年的时候，世界各国打算联合起来，建造一个世界最大的核聚变装置，联合各国所有顶尖人才，合力突破这一领域，而这一项目有包含中国、美国、俄罗斯、英法瑞士与日本等在内的27个国家一起参与，并预计在2021年完成基本建设，到于2025年时全面开始进行实验，并将Q值>10定为实验第一目标。

而我国相比于世界各国，是该领域起步最晚的

在1974年的时候，我国才刚开始接触这一领域，并将托卡马克装置建成，但尽管如此，我国在不懈的努力之下，仍然走到了世界的最前列。

1974年我国踏上该领域的道路之后，先后建成了众多托卡马克装置，其中有常规装置H-6B、H-6M，在后来，又研究出来了圆截面全超导的拖拉马克装置“合肥超环”，与世界上第一个非圆截面全超导托卡马克装置“东方超环”，并取得了许多在国际上都极为领先的成果。

而“人造太阳”（EAST）共有两种研究模式。一种是在基本范围内进行实验，是正常状态下的实验，另一种是“高约束”模式。

所谓的高约束，会增加等离子体的密度温度，在这种模式下，会极大考量高等物理以及等离子动力学的应用要求，同时也会产生更为复杂的技术难题。

在2017年的时候，合肥的核反应所便已经在EAST高约束领域获得了巨大的成就。

他们实现了1.2亿长脉冲高约束等离子稳定运行101.2秒，以及1.6亿度稳定运行20秒，成为世界上持续时间最长，也是世界上第一次突破百秒并以高约束模式稳定运行的托卡马克装置。

在近几年，我国还在成都地区建造了中国环流器2号，而这个器械，则是我国自主研发的新型热核实验反应堆。

相比较之前的托卡马克装置，环流器2号的结构更为精密，并且还运用了最为先进的控制系统，而且相较于EAST，这套装置的体积也大大缩小，但是其内部的等离子体腔却扩大了2倍，反应温度更是突破1.5亿摄氏度，这个装置在2020年12月4日修建完成，并实现了放电实验。

面对如此成就，我国科学家们并没有停止脚步，而是信心满满的打造另一个大计划。

中国聚变工程实验堆（CFETR）

该项目于2021年开始建设，预计2035年建成，开始进行大规模核反应实验，并决定在2050年完成所有实验。

这个项目所要实现的第一个目标，就是将Q值等于25或25以上，然而要实现这一目标，就要实现1000兆瓦的输出功率，毫无疑问这是极其困难的，但是一旦成功，将会对中国未来参加国际核聚变研究和受控核聚变是否能推向社会化应用这一难题起到重大作用，具有重要的引领和借鉴的意义。

而这次我国“人造太阳”的达到403秒的运行时间，是具有极大突破性的一次进步，他不仅单单体现到了我国科学家的智慧，也体现到了我国科技发展之迅速。

尾语：

“人造太阳”所能给人类带来的好处，是不可估量的，尽管困难重重，但是我国科学家仍然为此坚持不懈奋斗几十年，所以我在此向他们表示谢意，祝他们此后研究顺利，也祝国家更加繁荣昌盛。