《我国“人造太阳”实现1亿℃运行》的消息近日见报后，引发世人关注。很多人好奇为什么要“造太阳”？这个“太阳”要怎么才能造出来？上亿℃！比太阳中心的温度还要高五六倍，足以消融一切，那么要如何存放？又如何加以利用？而对于急需要能源的发展中的中国，这种“可能永久解决能源问题”的核聚变清洁能源，离实现商用还有多远？

  这里和大家分享中国工程院院士、中科院等离子体物理研究所研究员李建刚在中国科学院举办的SELF格致论道讲坛上对“人造太阳”之路的介绍和展望，从中可以更多了解这个“黑科技”将给我们带来什么。

  人造一个“太阳”有何好处？

  它将是未来人类终极能源之一，可以大规模生产

  太阳为人类产生了很多光和热，万物生长靠太阳。大家都知道太阳，但什么是“人造太阳”？

  看过《钢铁侠》的人都知道，片中的钢铁侠胸口就有一个“人造太阳”，这个名为托卡马克的能源装置，看着像一个磁线圈一样，其实是一种核聚变反应装置。简单地说，如果把气体加热到上亿℃，它就会发生聚变，可以像太阳一样发出巨大的能量。

  目前要实现人造太阳，就需要实现聚变。聚变的一个不可控因素就是氢弹。氢弹不能轻易地爆炸，要用原子弹去把它点一下，让它达到上亿℃以后才有可能发生爆炸。

  但是，温度一旦达到上亿℃，任何容器都会顷刻之间烟消云灭。于是科学家想了一个办法：把一团火球——上亿℃的等离子体，用磁的方法把它悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触，这个时候就可以把它加热、控制，进而造出“太阳”，它的模样就像我们吃的甜圈圈。

  用这些非常复杂的仪器把上亿℃的东西放在中间持续地加热，讲讲很容易，但实际操作非常难。

  首先我们需要巨大的磁场，这个磁场要比地球南北级的磁场高2万倍以上，磁场越强越容易收得住。人类之所以没有遭到来自太阳风这种粒子的损害，主要就是靠磁场把这种带电粒子无形之间屏蔽起来。

  所以科学家们所做的就是产生比地球高上万倍的磁场，让这团气体悬浮起来。用的燃料是什么？是海水里面氢的同位素——氘和氚。海水里面的氘有多少呢？它可以让一千个电站使用上百亿年，也就是说该资源是无限的。如果用爱因斯坦的公式计算的话，一杯水里面产生的氘和氚相当于300公升汽油。

  它的好处在哪里？首先它没有高放的废料，而我们现在用的裂变电站都是化石燃料，一旦发生事故，就会有长达上百万年的放射性废料。而聚变的产物就是能源中子和氦气。氦气是非常清洁的，它导致事故的概率非常小，只有同时碰到地震和海啸才有可能发生。聚变电站甚至也不用害怕会有恐怖分子开个飞机就来把它炸了，因为它聚变的产物就是氦气，只要一停机就没有了。

  另一个好处是节能。一个一百万千瓦的电站，上海一年大约需要两个。如果是煤电站的话需要50万吨煤，如果是核电站的话就需要30吨，而聚变电站需要多少东西呢？一年一个电站只需要一百公斤的重水和锂。

  总结一下，作为资源来讲，它是无限的同时又是清洁的，所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源之一，可以大规模生产。未来可能有20%的可再生能源，但最大规模的一块，即80%一定是靠聚变来维持的。

  要造“太阳”难在哪里？

  如何让上亿℃的火球悬浮在-269℃的圈子里

  聚变最大的问题就是离实现还很遥远，虽说在过去50年中它的发展可以说非常快，在美国、欧洲和日本等地的一些大装置上都同时实现了可控的核聚变，目前我国也做到了输出的能量和输入的能量之比等于1.25，即已经有了净输入，但是，这些都还只是从科学上验证了这是可行的，而工程上可不可行还不知道。

  要想真正获得聚变能量，首先面临的问题是能用什么装置。磁笼子是用常规铜线做的，本身就要消耗大量能量，只有把温度降下来，让电阻等于0，消耗的能量才可以降到0。这事说起来容易做起来难。我国大概在1989年曾用400万元人民币的羽绒、瓷器、中国家具换来了一个价值1800万卢布的聚变装置，花了1年半的时间把它全部拆掉，又花了2年的时间把它装起来，在这上面做了大量实验。当时其他国家在这个装置上面都只能做几秒钟高温，而我们最多已经能做到60秒钟1000万℃。

  但这还不够，还不能够做到所有线圈的电阻都等于0。这时候需要做超导，就是要把上亿℃的一团火球悬浮在-269℃的圈子里面，让冷热两个极端相结合，这是非常难的。

  另一个大难题是，一旦发生聚变的时候——比如氢弹爆炸，就会有强烈的冲击波，它跟周边材料（就是悬浮起来的也不行）会发生强相互作用，所以控制要非常精确，精确到零点几个毫米和零点几个毫秒以下，否则只要一偏心，它就会碰到什么烧什么。

  这件事真是难，难于上青天。正因如此，即便美国人在上世纪60年代已经上了天、登了月,但是他们到现在也没有做出一个能够真正发电的人造太阳。

  中国聚变之路要如何走

  10年时间终于实现了突破

  从能源的需求来讲，中国比任何一个国家都需要能源。所以从上世纪90年代初我们提出，要在全世界率先做一个全超导的托卡马克，能够长时间地做到上亿℃，比太阳中心的温度还要高五六倍！

  作为“九五”的大工程，我们开始做这样的装置。做这个装置，第一就是要解决上亿℃和-269℃的矛盾。这就必须要把很多技术用在一起。首先，真正的上亿℃的高温要用磁场把它悬浮起来，就是超导，上面全部是线圈。悬浮在中间以后，等离子那里有个火球——就像“蜘蛛侠”胸中的那个球，温度越高它越容易到处跑。比如太阳，因为温度高，所以太阳黑子来了。跑的过程中一定要想办法控制住，让它一定悬浮在中间，不能够上下跑。在不乱跑的情况下，才不会把材料烧坏。

  此外，因为能量的损失靠传导、对流和辐射，所以为了实现最小辐射损失，我们全部用了真空，用5层真空实现了1亿℃和-269℃的结合。

  在此之前全世界没有人做过，因此所有的东西都需要我们自己做。当时国内的经济条件不像现在这么好，万元熙院士带领整个团队做了整整10年，突破了很多难点，终于在2006年得到了等离子体，大概几百万℃，虽然当时它只能保持几秒钟时间。

  中国现有两个”人造太阳“，可以说是现实版托卡马克，一个在合肥，另一个在成都，业界习惯分别称它们为合肥超环和中国的环流器1号。

  已经有相关技术运用在了国民经济中

  尽管聚变能离我们还是很遥远，但是通过国际合作，研发过程中产生的技术已经能够非常好地用在国民经济中。

  为了验证聚变的工程可行性，欧盟和中国、俄罗斯、美国、日本、韩国、印度等共同出资，要建世界第一个真正意义上的人造太阳，也就是国际热核聚变实验堆ITER。

  这个国际合作项目里面牵扯到特别多的技术。比如，它要形成的磁笼一共有18段，像橘子瓣一样。这是什么概念？波音747重量370吨，这一个线圈就有360吨左右，价钱也是差不多的。

  我国在参加ITER之前是生产短样的。绕这么一个线圈，里面要将近10万米导线，重150吨。在参加这个国际合作之前的40年之间只产生了36公斤短样。而如今国内企业中已形成了全世界最先进的技术，规模和产量也是最大的。西安的有色金属研究院、西部超导公司现在一年可以生产150吨。除此之外，国内的核磁共振、GE的所有线几乎超过一半都是ITER的材料在供应。还有我国航母的歼15的起落架，飞机落地的一刹那冲击力非常大，所以对材料的要求非常高，用ITER上面的材料终于解决了航母起落架的问题。

  还有一个实际运用，和之前说的上亿℃的东西的第一层屏蔽也就是核导有关。它有8000吨，是一种特殊的不锈钢，它首先要能降到-269℃，同时还要耐强辐射。这种材料我们国家在参加ITER之前从来没有生产过。参加ITER之后，通过跟国际合作，山西太钢现在可以年产15000吨，得到了很大的发展。

  未来怎么做？计划60年内实现商用

  未来中国的聚变到底怎么做？咱们的聚变到底什么时候才能实现？

  我们现在正在做实验装置、参加ITER，但是希望10年以后能建造中国自己的工程堆，这样才能够验证发电。有了这个东西以后，在50年到60年之间就能商用化。  （本报综合）