2050年“人造太陽”點亮燈泡

有一天，當地球資源面臨枯竭的時候，人類是否可以使用“人造太陽”來獲取能源？事實上，一個集結了包括中國在內的30多個國家的頂尖科學家，已經展開了這項世界上最大的科學合作工程——國際熱核聚變實驗堆計劃。

一個集結了包括中國在內的30多個國家的頂尖科學家，目前世界上最大的科學合作工程——國際熱核聚變實驗堆計劃（簡稱“ITER”）正在有條不紊地進行著。由于項目模擬自太陽內部的核聚變原理，這個工程還有一個更加形象的名字：“人造太陽”。

攻關1億攝氏度高溫，實現等離子體可控核聚變

萬物生長靠太陽。作為太陽系的主星，太陽內部時刻不停地發生著核聚變反應，為地球提供了源源不斷的光和熱。

怎樣才能實現“人造太陽”？科學家想了一個辦法，就是把一團上億攝氏度的等離子體火球，用磁場把它懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸。這時，就可以對它加熱、控制，進而實現“受控的核聚變”，實現“人造太陽”。

等離子體天性“放蕩不羈”，更喜歡漂泊不定，如何讓其乖乖“受控”？在核工業西南物理研究院，有一個專門的裝置來盛放這一團火球，它就是中國環流器二號A托卡馬克裝置。其主體呈甜甜圈狀，邊緣四周延伸出數十個“觸角”，形似一顆顆星星。裝置內部，由無數根銅導體線圈產生一個封閉的磁場，用來約束分散等離子體的行為。

如果把試驗裝置看成一個微波爐，核工業西南物理研究院研究員、高級工程師黃梅的工作就是不斷給這個裝置加溫。

目前，托卡馬克裝置的溫度已升至5500萬攝氏度，這是迄今為止國內裝置達到的最高溫度?！耙獙崿F受控核聚變反應，必須達到上億攝氏度以上高溫，以及足夠高的密度等，如果因某種原因導致條件不能滿足，聚變反應就會停止。”對于黃梅來說，如何持續給裝置加溫，達到“點火”要求，是他們還將繼續面臨的一個課題。

被稱為“人造太陽”的世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置

花十年找材料，將美國壟斷技術造價降低90%

“人造太陽”核心部件“第一壁”的中方項目總工程師王平懷，有著一張標準的“科學臉”，抑或是“工科男”面孔。去年12月，由王平懷團隊自主研發制造的國際熱核聚變核心部件“第一壁”，在國際上率先通過權威機構認證。讓中國落后于美國20年的技術，一躍從“跟跑”實現了“領跑”。

什么是第一壁？實驗裝置中的聚變物質時刻釋放著高強度的熱輻射。核心區最高溫度能達到1億攝氏度，如果材料性能不佳，要么就被高溫瞬間融化，要么就會讓反應堆這座鍋爐熄滅。王平懷說，要構建起“人造太陽”的核心，需要特殊的材料筑起一道“防火墻”，來抵御裝置內部上億攝氏度的高溫環境。為此，從2004年到2013年，團隊成員從高純度金屬材料提取開始，進行了長達十年的特殊材料研制工作。由王平懷所在團隊自主研制的材料問世后，將美國壟斷價格降低了90%。

解決了“第一壁”材料問題后，王平懷們接下來要破解的是結構問題。研制人員想到了一種特殊的結構，把熱量及時地傳走。那是一塊看上去像三明治一樣的結構，底下是不銹鋼，中間是銅合金，上面則是特殊的高純度金屬材料。再用特殊的方法，將這些材料結合到一起。如何將兩個“個性”完全不同的材料，形成一個完整的功能件，成為他們面臨的新難題。王平懷坦言，兩者的物理性相差實在是太大。上面那層金屬材料是最輕、也是最活潑的堿性金屬元素組成，熱導率比銅和金差了一倍以上。兩者強行連接在一起，會形成一種新的物相，極脆，易斷裂。這種工藝上的高難度，也讓“第一壁”研發團隊經歷了長達一年多的低迷期。

王平懷至今記得那段灰暗的日子。由于四川沒有相關的機加工工廠，每次模塊的最終機加工要送到寧夏。每次從設計制作到檢測出來，大概需要三周時間。

王平懷記得，每次成員把模塊件拿回來，32個人都會圍著兩個檢測人員。那一刻，空氣好像都凝固了，大氣不敢出，生怕把好運氣吹跑了。檢測的過程很短。很快，人群中的低氣壓便彌漫開來。彼此相視時，有的也只是互相搖頭和嘆氣?！澳嵌螘r間，組里的氣氛實在太壓抑了”。這樣的氣氛，一直持續到2015年10月1日。

那天，人們都在忙于休假，“第一壁”主要成員卻早早地來到了辦公室，等待遠方歸來的王平懷，那一次去寧夏送模塊的正是他。那天到檢測室的人并不多，只有六七個。王平懷清楚地記得，還是圍著兩個負責檢測的工作人員，空氣再次凝固。這一次，他們終于成功了。壓抑了太久的項目組，氣氛輕松起來，顧不得平時的矜持，大家緊緊擁抱在一起。由于這次創造性的突破，僅僅是他們攻克的兩種材料的連接工藝，項目組就提交了多達十幾項國家專利申請。

“人造太陽”并網發電，有望2050年點亮家里的燈泡

“還有一個難題，來自于核聚變所需要的除了氘以外的另一種原料氚。氘和氚的劇烈反應，才能發生聚變?！焙斯I西南物理研究院聚變科學所副所長許敏說，氚的半衰期只有12.3年，而每年一個100萬千瓦的核聚變電站發電就要燃燒56公斤的氚。

作為地球上最稀有的元素，氚的成本非常高。雖然研究過程耗資高昂，核聚變試驗可能還要幾代人的心血，不過，許敏對于核聚變的發展還是非常樂觀。以試驗中使用的高功率微波技術來說，可以廣泛使用到通信領域，實現國產化并能夠節省大量成本。其次，等到核聚變電站能夠并網發電后，核聚變能源的生產成本相對低廉，普通老百姓都能消費得起?！澳壳皹I內人士普遍認為這個時間節點是2050年。我算了一下，那個時候，我應該可以看到?！痹S敏說，期待燈泡被核聚變點亮。