21世紀(jì)的“逐日之旅”

李彤

來自太陽的啟發(fā)

茫茫宇宙，蕓蕓眾星，太陽是一顆籍籍無名的恒星，就算是在銀河系這個大家庭里，它也只是一名普通成員。然而，對于地球上的生物來說，太陽是生命的源泉。太陽是地球上光和熱的主要來源，太陽的活動影響著地球的方方面面。

現(xiàn)今，人類使用的能源大多數(shù)來自太陽輻射。石油、煤炭和天然氣是陽光養(yǎng)育的上古動植物深埋于地下形成的；風(fēng)能則是由于太陽能在地面分布不均，熱量差驅(qū)動大氣環(huán)流形成的；水能是因為地表水受太陽照射蒸發(fā)后，隨著大氣環(huán)流形成水循環(huán)而形成的。

你知道嗎，地球只接收了太陽輻射能量的二十二億分之一。太陽的能量如此巨大，這引發(fā)了人類的思考：太陽的“超能力”從何而來？我們能否制造一個“太陽”？

核聚變——人類永續(xù)的希望

1920年，英國物理學(xué)家愛丁頓發(fā)表了一篇論文，他猜測太陽的能量可能來源于自身內(nèi)部的核聚變。但是，當(dāng)時核聚變、核裂變的理論尚未建立，自然無法對其猜測進(jìn)行科學(xué)驗證。直到1938年，美國物理學(xué)家漢斯·貝特才從理論上確定了太陽的能量來自核聚變。

太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變是怎么一回事呢？這是一個極為復(fù)雜的過程，簡單來說，是4個氫原子核經(jīng)過一系列復(fù)雜的變化，聚合成1個氦原子核，反應(yīng)過程中會釋放出巨大能量。正因為太陽中時刻不停地進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，才使得它能源源不斷地向外釋放輻射能量。

核聚變?nèi)剂吓c化石燃料相比，有什么優(yōu)勢呢？首先，核聚變原料可以從海水里獲得，因此是取之不盡的；其次，核燃料釋放的能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等質(zhì)量的化石燃料。另外，當(dāng)前人類的核電站采用的是重核裂變反應(yīng)，核裂變原料主要為鈾-235，通過熱中子轟擊鈾原子核使其分裂，釋放能量。核裂變原料一旦泄漏就會導(dǎo)致嚴(yán)重的＼持續(xù)數(shù)百年的核污染，而核聚變的產(chǎn)物是中子和氦氣（對人體無害的氣體），沒有高放射性污染。

如果掌握了可控核聚變技術(shù)，人類將再也不用為能源問題發(fā)愁，當(dāng)前我們遇到的各種困難將會迎刀而解。

中國EAST領(lǐng)跑核聚孌

自從人類發(fā)現(xiàn)核聚變反應(yīng)以來，科學(xué)家們就一心想要馴服這頭“能量怪獸”，但這個過程如同夸父逐日一般艱辛而困難。人工核聚變反應(yīng)需要高溫、高壓才能觸發(fā)，而核聚變發(fā)生時又會釋放大量能量，導(dǎo)致溫度和壓力再度升高。嚴(yán)格控制反應(yīng)時的溫度和壓力，同時將能量導(dǎo)出，是可控核聚變技術(shù)的核心難點。

托卡馬克（Tokamak）是蘇聯(lián)科學(xué)家于20世紀(jì)50年代發(fā)明的環(huán)形磁約束受控核聚變實驗裝置。半個多世紀(jì)以來，各國科學(xué)家沿著這條道路努力前行，已經(jīng)證實了該方案的可行性。雖然距離“人造太陽”的夢想尚遠(yuǎn)，但在核聚變實驗領(lǐng)域，中國科學(xué)家已然成為領(lǐng)跑者。

2006年9月28日，世界上首個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）首輪物理放電實驗取得成功，標(biāo)志著中國站在了世界核聚變研究的前端。全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置有“人造太陽”之稱，其運(yùn)行原理就是在裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生巨大能量。

2012年，中國科研人員通過EAST獲得了超過400秒的2000萬攝氏度高參數(shù)偏濾器等離子體，打破世界紀(jì)錄。2021年12月，中國EAST實現(xiàn)1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，再創(chuàng)紀(jì)錄。2023年4月，中國EAST成功實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運(yùn)行模式，領(lǐng)先全球。我們有理由相信，“人造太陽”終有—天會在地球上點亮，為人類的資源安全做出貢獻(xiàn)。