人怎样造太阳

　　能源危机开始困扰着人类，人们一直在寻找各种可能的未来能源，以维持人类社会的持续发展。 

　　原因二：“人造太阳”提供无尽的能源 

　　“从科研角度说，‘人造太阳’叫受控热核聚变反应堆，通俗地讲就是对核聚变产生的巨大能量进行控制并作为一种极其优质的新能源。”吴维越主任说。 

　　之所以把它称为“人造太阳”，只是一个形象说法。太阳是靠氚和氘不断地发生聚变反应释放能量。我们离太阳这么远，还能接受它的普照，可想而知，它每时每刻释放的能量有多大。而科学家要做的是，要把太阳这种聚变反应原理用在地球上，为人类造福。 

　　“这种聚变产生的能量，是目前地球上其它能量无法比拟的。”吴主任说，“它的资源是无限的，可以永久性的解决人类能源问题，又非常干净。” 

　　就是由于这些特点，全世界很多科学家都致力于研究热核聚变。一旦聚变核电站成功运行，带给世界的变化将是革命性的。 

　　———怎么造“人造太阳”——— 

　　反应原理：核聚变放出的能量要远远大于核裂变 

　　“大家都知道，核裂变是一个质量大的原子核分裂成几个原子核的变化，这个过程释放出巨大的能量，根据这个原理人们已经建成了裂变核电站反应堆。而核聚变的过程与核裂变相反，是几个比较轻的原子核聚合成一个比较重原子核的过程。”吴主任说。 

　　只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等，它们也是自然界最容易实现的聚变反应物质，这种反应已经在太阳上持续了50亿年。核聚变过程放出的能量要远远比核裂变大。 

　　“人造太阳”的原理，就是在真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，在高温下，这些原子核中的电子脱离了束缚，形成等离子体，然后通过提高其密度、温度使其发生聚变反应以得到巨大的能量。 

　　反应条件：反应的温度需达到五千万摄氏度以上 

　　要实现这个目标有个非常苛刻的条件，就是参与反应的等离子体温度必须要达到五千万摄氏度以上，如果不能达到这个温度，两个原子核会互相排斥，没有办法靠近，就不可能发生聚变反应。 

　　反应装置：有强大磁场的“托卡马克” 

　　但这样高的温度拿什么容器来装它们呢？ 

　　“我们所用的是一种叫做‘托卡马克’的装置，里边有强大的磁场。这种磁场是环形的，看不见，摸不着。正是依靠这种磁场产生的磁力线才能把炙热的高温等离子体托举在真空室内，不让它们与任何容器接触以免损坏容器。” 

　　反应原料：从海水里提取的氢和氢的同位素氘和氚 

　　“有一种说法是海水变能源。聚变的原料是氢和氢的同位素氘和氚，而这些物质在海水里大量存在。”吴主任说，“这些物质也很容易提炼出来，提炼过程也不会产生任何污染，不像我们现在挖煤、开采石油等对环境污染严重。” 

　　从地球目前的海水资源来看，这种资源基本上是无限的。 

　　他介绍，有一个换算，在聚变条件下，我们用一公斤海水提炼出的氘和氚，聚变所释放的能量相当于300升的汽油放出的能量。按照现在能源消耗水平，甚至再考虑到以后发展来看，保守的估算，地球上的海水如果作为聚变的原料，可以维持人类能源需求几百亿年。 

　　能量收集：能量被水、液态锂等冷却介质带出 

　　和现在的核裂变反应堆一样，核聚变所产生的能量可以通过布置在周围的一些冷却介质如水、液态锂等被带出，之后通过热交换器去推动汽轮机组去发电。 

　　“这方面的技术根本不需要再花精力研究，直接可以从现在已经可以成功运行的核裂变反应堆照搬过来。” 

　　安全问题：产生的等离子体被磁场牢牢束缚 

　　在几千万乃至上亿摄氏度的高温下发生反应，安全无疑成为最受关注的问题。 

　　吴维越主任说，核聚变装置只有在发生聚变反应的时刻才会有一些中子辐射，一旦反应结束就不会有中子辐射。建造在等离子体所的EAST装置由于其大厅是全封闭式构造，四周墙壁的厚度达到1.5米，屋顶的厚度为1米，所以其中子辐射不会影响到大厅之外的环境中。 

　　“人造太阳”会不会发生-呢？吴主任说，加入到EAST装置真空室内的原料是少量的，所以真空室气体密度非常低，核聚变反应率不会很高，而且产生的等离子体被磁场牢牢地束缚住，是很安全的。即使发生了想象中最坏的事故，也只是对实验和装置有影响，周围地区的人群不用疏散。即便将来达到了建设反应堆的规模，它也是非常安全和干净的，远比现有的能源对人类环境的有害影响小。 

　　同时“人造太阳”所用原料本身就是非常纯净的，远非裂变原料如具有铀等元素所具有的强烈辐射性，因此聚变能源一直被科学家们称之为干净的、无限的、可持续发展并且是一劳永逸的彻底解决人类能源问题的理想能源。 

　　投入应用：50年后，有可能真正应用于人类 

　　“我们目前正在建设中的这个科学实验装置———EAST完全是做物理实验用的，只是要弄清楚怎么才能建设出更好的下一代装置、怎样把等离子体温度提得更高、如何把等离子体控制得更好等。” 

　　他说，再往下发展，应该建成具有反应堆等级规模的工程试验堆。通过试验堆向人们展示，聚变能的和平利用在工程上得到证实，聚变能发电有望在地球上出现。之后，可能再建下一代的可以取出相当反应能量的示范堆，在示范堆能够成功运行后，才能建造真正可以运行的商业堆。这样估算下来，乐观人认为，50年后我们有可能看到聚变能真正应用于人类的社会生活生产中。 

　　———专家观点——— 

　　吴维越（中科院等离子体物理研究所“人造太阳”项目总装办主任）： 

　　观点一：“托卡马克”装置在世界上第一个实现全超导 

　　我们目前研究的这个“托卡马克”装置最突出的一个特点就是在世界上第一个实现全超导。 

　　在我们这个装置以前，其他的“托卡马克”磁场是全部或者部分的由常规磁体产生的。在这么高的温度下要用磁力线牢牢控制住高温等离子体，需要很强很复杂的磁场系统，这就需要很大的电力支持实验装置的运行。与普通磁体相比，超导磁体好处是，在很高的电流条件下没有电阻，能量损耗很少，运行成本能大大降低。 

　　现在，这个装置大部件已经组装完成，但是最主要的一个部件真空室（放等离子体的地方）还是空空荡荡的，没有完成总装，因而还不能进行有等离子体的实验。真正要进行等离子体实验的时候，要把这个真空室进行铺设和密闭，预计在今年上半年应该能完成这些工作。届时，我们将非常自豪的向全世界展示我国自主研制的世界上第一个全超导“托卡马克”核聚变实验装置。 

　　观点二：核聚变的研究对人类有非常大的应用前景 

　　由于核聚变的研究对人类有非常大的应用前景，所以各国对于核聚变的研究项目都不许保密，所有研究成果都要公开。一个国家做核聚变实验，别国的科学家可以带着他们仪器、设备共同参与，共同分析实验结果。这是世界上人类共同全力以赴去攻克的很少的项目之一，原因是这种科学研究无论是在理论上还是在工程上都太难，一个国家或者是几个国家都无法有信心完成，另外这项研究也非常花钱，靠一个国家的财力和物力很难支持。 

　　如果这种能量开发出来，那么目前地球上现有的为人类提供能量的形式，如石油、煤，甚至是风能、水能，都将不会再有理由继续作为能源存在下去，人类也不会再有争夺能源的战争或纠纷了，目前人们所担心的环境污染和能源匮乏制约发展这些因素都被彻底扔到海洋中去了。 

　　■原始新闻 

　　春节刚过，中科院等离子体所宣布，在合肥科学岛，建成了世界上第一个全超导核聚变实验装置，由于其模拟太阳产生能量的方式而被形容为“人造太阳”。 

　　“人造太阳”的实验装置，专业名字为“托卡马克”。此次中科院等离子体所研制安装的，正是一个巨大而复杂的EAST超导托卡马克。而研制者们口中，常常称的是“我们的EAST（意为‘东方’）”。“人造太阳”将从东方冉冉升起。 

　　绕行上插国旗的EAST超导托卡马克一周，只见一个巨大的密封罐状的装置连接着许多的仪器和管线，EAST装置最外层的结构部件称为外杜瓦，它刚刚于今年一月十日安装成功，主要为真空室等内部部件提供真空工作环境，隔绝内部部件与环境的自由热交换，实现对运行温度的控制。