中国“人造太阳”震撼来袭：可控核聚变技术全面解密！
“人造太阳”离圆梦又近一步
——揭秘中国可控核聚变
你想过吗？万物生长靠太阳。今天支撑人类社会运转的几乎一切能源，从煤、石油、天然气，到风能、生物能，其本质都源自太阳内部的核聚变反应。
就像儿歌所唱，“我有一个美丽的愿望，长大以后能播种太阳”。人类一直渴望通过可控核聚变，创造出“人造太阳”，获取源源不绝的能源，彻底改变生活。
就在前不久，中国核工业集团宣布，新一代可控核聚变装置“中国环流器二号M”预计2020年投入运行。中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如表示，该装置将为人类掌握可控核聚变提供关键支撑。我们离“人造太阳”梦想，更近了一步！
源源不绝的清洁能源
石油是工业血液，但化石能源有致命伤：不可再生、污染严重。即便页岩气、可燃冰等新型能源涌现，终有耗尽之日。核裂变能也存在原料有限、核废料污染等问题。
有没有一种能源，既无穷无尽，又清洁环保？答案就是可控核聚变。
从“进口”看，可控核聚变原料（氘和氚）极其丰富。氘在海水中储量巨大，1公升海水提取的氘，聚变释放能量相当于300公升汽油；氚可通过锂反应生成，锂在地壳和海中大量存在。
从“出口”看，可控聚变产物为氦和中子，无有害气体排放，几乎零放射性污染，环境友好。
“核聚变能一旦和平利用，地球能源将取之不尽，能源短缺问题彻底解决，生活水平极大提升。”段旭如说，像海水淡化、星际飞船等耗能工程，未来在聚变能支持下将飞速发展。
不仅零污染、用不完，可控核聚变还具备固有安全性。许多人谈核色变，但聚变反应需上亿摄氏度高温和极高密度，条件苛刻，任何细微缺失都会导致反应停止。
尽管环保机构指责聚变存在安全隐患，段旭如解释：“氘氚等离子体被磁场约束在真空容器内，密度极低，燃料含量少，不会爆炸或泄漏。”
理想美好，实现却难。最明显问题：用什么容器承载核聚变？
段旭如介绍，地球利用聚变能要求等离子体离子温度超1亿摄氏度。“1亿度什么概念？太阳核心温度仅1500万至2000万度；最耐高温金属钨3000多度就熔化。1亿度超太阳核心5至6倍！”钟武律说，“地球无材料能直接包裹1亿度等离子体。”
但科学家“无招胜有招”，用强磁场约束高温燃料。具体装置探索中，20世纪50年代起，英、美、苏等国科学家前赴后继，快箍缩、磁镜、仿星器等多技术路线此起彼伏。1960年代，苏联托卡马克方案异军突起，效果惊人，成为国际聚变界焦点。
攻坚克难的核聚变人
世界聚变研究如火如荼，中国“人造太阳”建设紧追不舍。1955年，钱三强、李正武等科学家提议开展中国“可控热核反应”研究，与国际同步。
1965年，按国家“三线”规划，四川乐山郊区建起中国最大聚变研究基地——西南物理研究所，即中核集团核工业西南物理研究院前身。
中国聚变研究里程碑，当属1984年中国环流器一号（HL－1）建成。这是中国首座聚变大科学装置，为自主设计、建造、运行“人造太阳”培养人才、积累经验。
上世纪80年代，作家莫然造访位于108级石梯荒山上的研究所。她回忆，初迁乐山时条件简陋，一贫如洗，研究者甚至睡帐篷。但中国可控聚变“摇篮”正诞生于此，离不开研究者开荒拓土、筚路蓝缕。莫然说：“研究所房间如山洞，但科学家奉献精神崇高，在此造出‘中国环流器一号’，设计图纸堆起3层楼高。”
从此，中国磁约束聚变从无到有、从小到大、从弱到强。1995年，中国首个超导托卡马克HT-7在合肥建成；2002年，首个偏滤器位形托卡马克中国环流器二号A（HL－2A）建成；2006年，全球首个全超导托卡马克东方超环（EAST）首次等离子体放电成功……
预计2020年运行的“中国环流器二号M”将成中国最大、参数最高磁约束聚变实验装置，等离子体体积翻倍，离子温度超1亿度，电流从1兆安培提至3兆安培。
作为多年研制项目，二号M部件工艺多属首创。装置“真空室”中，细微误差现有仪器无法感知，常需自主开发新检验设备，尘埃般缺陷都会影响结果。
为保障高约2层楼、重80吨的中心柱移动无磕碰、安装精度不超0.1毫米，二号M线圈团队1月内做十几种方案，2分钟路程耗时近9小时完成搬运。“移动中，大家像呵护宝贝一样。”项目线圈组负责人刘晓龙说，“成功了。”
“任务交给我们，就有义务做好，给中核集团、核工业乃至国家一个交代。”二号M装置项目经理刘永话语掷地有声。
走向国际的中国团队
可控聚变研究多难？钟武律比较：“原子弹爆炸后不到十年，核裂变和平利用建成核电站。科学家曾想，氢弹成功后，聚变和平利用应很快实现。但后来发现，远非那么简单，需全球科学家共同努力。”
于是2006年国际热核聚变实验堆（ITER）计划签署。中、美、欧、俄、日、韩、印七方参与，在法国南部共建全球最大托卡马克。ITER是全球影响最深远的国际合作项目之一，中国以平等身份参加，承担约9%采购包研发任务。
“我国磁约束聚变进展得益于参加ITER计划。”段旭如说，如中国环流器二号M设计建造中，吸取国际托卡马克成功经验。
钟武律举核西物院研发ITER第一壁采购包半原型部件例。“这是中国团队的高难任务。当时全球仅美国满足ITER第一壁材料要求。我院团队联合国内单位十多年努力，在特殊材料制备、焊接工艺等多技术突破，2016年成功研制ITER超热负荷第一壁半原型部件，率先通过国际认证，让中国技术达世界先进水平。”钟武律说，“中国承担ITER采购包，研发进度和质量均居七方前列。国际聚变舞台，中国话语权更大。”
对中国聚变实力认可不断升级。2019年9月30日，ITER主机安装一号合同在京签约，中核集团牵头中法联合体中标。此工程安装ITER最核心设备，重要性如核电站反应堆、人体心脏。这是中国企业欧洲市场中标的最大核能工程项目合同。
ITER总干事比戈说：“我们高兴找到高素质积极伙伴完成工作。期待与世界知名行业专家合作，按时按规安装全球最具挑战、最前途、最重要的科学设备之一。”
“通过国际竞标获ITER最核心安装工程，证明我们团队世界领先。”中核集团董事长余剑锋豪情总结，“这标志我国核电事业、核能工程建设安装达世界先进水平。”
本报记者 韩维正 刘乐艺。关注中国科技崛起，分享本文，一起期待“人造太阳”照亮世界！
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