“人造太阳”计划

看过灾难大片《2012》的人们可能还记得，影片里有一个庞大的、多国合作完成的“诺亚方舟”计划，它承载着人类继续繁衍生存的希望。目前，国际间进行研究合作，共同建设的“人造太阳”国际热核聚变实验堆，它承载的是人类未来新能源的希望。

　　1985年，处在冷战时期的美、苏两个核超级大国在日内瓦峰会上就提出了一个人类历史上前所未有的宏大合作计划——“国际热核聚变实验堆计划”，它被称作“伊特尔”人造太阳计划。1988年，该计划正式启动。经过20多年的共同努力，在克服一个又一个重大科研难题的基础上，由中、欧、日、韩、俄、美六方组成的ITER国际组织于2007年10月24日正式成立，后来印度也加入进来。2010年11月，被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(MF)完成了首次综合点火实验：192束激光系统使中心最高温度达到华氏600万度，相当于恒星或大行星核心的温度。虽然据说这次实验没有达到预期目标，但科学家依然对NIF的未来充满信心。

　　“人造太阳”的科学原理

　　我们所说的“人造太阳”就是把美国研制的192条激光束集中在一个像花生米大小的装有重氢燃料的目标上，然后把这个燃料加热到一亿摄氏度，并且施加足够的压力，让重氢核发生剧变反应，从而模拟出这种跟太阳内部差不多的温度和压力，这个聚变不是核裂变，它的好处在于副产品当中没有放射性的物质，而且它的燃料来源也比较容易获取。实际“人造太阳”就是模仿太阳上时刻都在发生的核聚变。核聚变就是两个原子核相聚、碰撞，结合成一个新的原子核的过程。1938年，德国科学家推测太阳能源可能来自它的内部氢核聚变成氦核的热核反应，这甚至早于核裂变模型的提出。然而，与能够在室温下进行的裂变不同，聚变发生需要巨大能量。这是因为当两个带正电的氢原子核靠近的时候，根据“同性相斥”的原理，相互间的斥力将阻碍聚变的发生。要克服这种阻碍，只有两种途径：强大的引力或上亿度的高温。要想在地球上实现核聚变，只能依靠上亿度的高温。实现可控制的核聚变，就必须约束这些“乱跑”的等离子体。20世纪40年代末，苏联科学家提出了“磁约束”概念，即通过强大的磁场形成一个封闭的环绕型磁力线，让等离子体沿磁力线运行。磁体通电后会产生巨大磁场，将等离子体揽在怀中做高速螺旋运动，就好像链球运动员一样，虽然球在围着身体高速旋转，控制球的绳子却一直抓在手里。根据这一原理，苏联科学家于1954年制造了第一个“环形磁约束容器”装置——托卡马克。然而，托卡马克建堆需要三个要素：“高温度、高密度和足够的能量约束时间。”直到上世纪90年代，这些条件才逐渐接近或达到这三个要素，核聚变发电的可行性才得到证实。

　　

　　“人造太阳”有哪些作用

　　

　　太阳是通过内部的核聚变不断辐射热量和能量的，面对人类能源危机，人们将希望的目光寄托在可控热核聚变上。上世纪50年代起，人类开始研究核聚变，于是产生了氢弹。而控制核聚变——让核聚变产生的能量得到约束，温柔平和地长期释放——实现核聚变发电，更成为人类的梦想。上世纪70年代至今，人类已向地球索取了大约5000亿桶石油，科学家估算，按照此种开采速度，石油只够地球人类44年之需，而天然气也只能持续开采63年……能源危机已成人类未来发展不争的事实。聚变能具有资源无限、不污染环境、不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。对于人类和平利用核能，目前我们熟悉的是各国普遍采用的核电站，它是靠核裂变产生的能量发电，而国际热核聚变实验堆则是靠核聚变获取能量，它将更加环保，而且可利用资源无限大，还不会产生放射性废料。如果我们能在地球上形成这种核聚变，实际上就是直接在造太阳，模拟太阳能源的制造机理制造能源。

　　“人造太阳”发展进程

　　目前，世界首个多国合作探索核聚变应用的国际热核实验堆(ITER)将进入实质性启动阶段。这个由欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国七方参与的计划，被布尔卡特视为“一个实现成功控制核聚变梦想的机会”。我国的“人造太阳”EAST仅用8年时间便完成设计、预研、建设和试运行，成为全世界聚变能开发的重要里程碑。它明确地显示出中国对世界核聚变研究的贡献，同时展示了中国科学家在物理和工程方面的能力。从2006年9月28日起的第一轮放电，到2007年1月15日起的第二轮放电，我国新一代“人造太阳”——全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)，以不争的业绩向世人表明中国人在核聚变实验领域站到了世界前沿。人造太阳计划是目前世界上仅次于国际空间站的国际大科学工程计划，是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步，因此备受各国政府与科技界的高度重视和支持。该计划涉及到全球60％的人口和80％的GDP，其预算总经费是100亿欧元，其中欧盟承担40％，其余6方各承担9％。从2008年开始，伊特尔试验堆工程已经在法国南部城市卡达拉舍进行建设。国际热核聚变实验堆项目预期持续30年，10年作为工程建设，20年作为运行。中国在2003年2月宣布作为全权独立成员加入该计划，这意味着中国承诺承担国际热核聚变实验堆工程总造价100亿欧元的10％，并享受全部知识产权。从1990年开始，中国科学院等离子体物理研究所历时3年多建成中国第一台超导托卡马克装置——HT——7，使中国成为继俄、法、日之后第四个拥有同类实验装置的国家，实验中最高电子温度超过5000万摄氏度，并获得可重复的大于300秒的等离子体放电。

　　

　　责任编辑：林京