李彤

來(lái)自太陽(yáng)的啟發(fā)

茫茫宇宙，蕓蕓眾星，太陽(yáng)是一顆籍籍無(wú)名的恒星，就算是在銀河系這個(gè)大家庭里，它也只是一名普通成員。然而，對(duì)于地球上的生物來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)是生命的源泉。太陽(yáng)是地球上光和熱的主要來(lái)源，太陽(yáng)的活動(dòng)影響著地球的方方面面。

現(xiàn)今，人類(lèi)使用的能源大多數(shù)來(lái)自太陽(yáng)輻射。石油、煤炭和天然氣是陽(yáng)光養(yǎng)育的上古動(dòng)植物深埋于地下形成的；風(fēng)能則是由于太陽(yáng)能在地面分布不均，熱量差驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流形成的；水能是因?yàn)榈乇硭芴?yáng)照射蒸發(fā)后，隨著大氣環(huán)流形成水循環(huán)而形成的。

你知道嗎，地球只接收了太陽(yáng)輻射能量的二十二億分之一。太陽(yáng)的能量如此巨大，這引發(fā)了人類(lèi)的思考：太陽(yáng)的“超能力”從何而來(lái)？我們能否制造一個(gè)“太陽(yáng)”？

核聚變——人類(lèi)永續(xù)的希望

1920年，英國(guó)物理學(xué)家愛(ài)丁頓發(fā)表了一篇論文，他猜測(cè)太陽(yáng)的能量可能來(lái)源于自身內(nèi)部的核聚變。但是，當(dāng)時(shí)核聚變、核裂變的理論尚未建立，自然無(wú)法對(duì)其猜測(cè)進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。直到1938年，美國(guó)物理學(xué)家漢斯·貝特才從理論上確定了太陽(yáng)的能量來(lái)自核聚變。

太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的核聚變是怎么一回事呢？這是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是4個(gè)氫原子核經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的變化，聚合成1個(gè)氦原子核，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)釋放出巨大能量。正因?yàn)樘?yáng)中時(shí)刻不停地進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，才使得它能源源不斷地向外釋放輻射能量。

核聚變?nèi)剂吓c化石燃料相比，有什么優(yōu)勢(shì)呢？首先，核聚變?cè)峡梢詮暮Ｋ铽@得，因此是取之不盡的；其次，核燃料釋放的能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等質(zhì)量的化石燃料。另外，當(dāng)前人類(lèi)的核電站采用的是重核裂變反應(yīng)，核裂變?cè)现饕獮殁?235，通過(guò)熱中子轟擊鈾原子核使其分裂，釋放能量。核裂變?cè)弦坏┬孤┚蜁?huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的＼持續(xù)數(shù)百年的核污染，而核聚變的產(chǎn)物是中子和氦氣（對(duì)人體無(wú)害的氣體），沒(méi)有高放射性污染。

如果掌握了可控核聚變技術(shù)，人類(lèi)將再也不用為能源問(wèn)題發(fā)愁，當(dāng)前我們遇到的各種困難將會(huì)迎刀而解。

中國(guó)EAST領(lǐng)跑核聚孌

自從人類(lèi)發(fā)現(xiàn)核聚變反應(yīng)以來(lái)，科學(xué)家們就一心想要馴服這頭“能量怪獸”，但這個(gè)過(guò)程如同夸父逐日一般艱辛而困難。人工核聚變反應(yīng)需要高溫、高壓才能觸發(fā)，而核聚變發(fā)生時(shí)又會(huì)釋放大量能量，導(dǎo)致溫度和壓力再度升高。嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)的溫度和壓力，同時(shí)將能量導(dǎo)出，是可控核聚變技術(shù)的核心難點(diǎn)。

托卡馬克（Tokamak）是蘇聯(lián)科學(xué)家于20世紀(jì)50年代發(fā)明的環(huán)形磁約束受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，各國(guó)科學(xué)家沿著這條道路努力前行，已經(jīng)證實(shí)了該方案的可行性。雖然距離“人造太陽(yáng)”的夢(mèng)想尚遠(yuǎn)，但在核聚變實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)家已然成為領(lǐng)跑者。

2006年9月28日，世界上首個(gè)全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）首輪物理放電實(shí)驗(yàn)取得成功，標(biāo)志著中國(guó)站在了世界核聚變研究的前端。全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置有“人造太陽(yáng)”之稱(chēng)，其運(yùn)行原理就是在裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過(guò)類(lèi)似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大能量。

2012年，中國(guó)科研人員通過(guò)EAST獲得了超過(guò)400秒的2000萬(wàn)攝氏度高參數(shù)偏濾器等離子體，打破世界紀(jì)錄。2021年12月，中國(guó)EAST實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，再創(chuàng)紀(jì)錄。2023年4月，中國(guó)EAST成功實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行模式，領(lǐng)先全球。我們有理由相信，“人造太陽(yáng)”終有—天會(huì)在地球上點(diǎn)亮，為人類(lèi)的資源安全做出貢獻(xiàn)。