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据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道，科幻电影《流浪地球》中，为了把地球推离太阳系，人类建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机。太阳的能量来源就是其内部的热核聚变。
目前，人类利用核聚变的最典型例子就是氢弹。但氢弹的能量是短时间爆炸性释放，只能作为武器使用，无法作为一个稳定而强大的能量来源。让聚变能量平稳、可控地输出，是全球科学家不懈努力的目标。
其中，“国际热核聚变实验堆”项目，可谓是这方面研究的皇冠上的宝石，它也被称为“人造太阳”。最新的进展是，目前，作为国际“人造太阳”项目的关键一环，中国的新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设顺利，预计2020年投入运行实验。“人造太阳”正式运行后会给我们的生活带来哪些改变？人类距离完全拥有“人造太阳”还有多远的路要走？
“我有一个美丽的愿望，长大以后能播种太阳……”这是来自儿歌《种太阳》的歌词。如今，我国的核工业科学家们正在实现歌词中的梦想，因为他们几十年不懈研发，真的在为人类造一个“人造太阳”。听起来有些不可思议？中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如说，由我国自主研制的可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设进展顺利，明年将投入实验运行，这将为人类制造“人造太阳”提供重要的技术支撑。
段旭如介绍：“我们启动了中国环流器二号M装置的建设，主要目的是加大它的规模，增强它的能力，让它可以达到上亿度的离子温度；另外其参数将极大提高，这样才能开展一些跟我们参与的国际热核聚变实验堆（ITER）计划相关的一些物理和科学问题，包括技术问题的研究，为我们参加ITER计划提供技术和人才支撑。这个新装置现在进展比较顺利，我们预计在2020年建成，开始实验。”
国际热核聚变实验堆，英文简称ITER，由于其原理和太阳发光发热的原理相同，因此也被称为“人造太阳”。它是由中、美、俄、欧盟、日、韩、印度七方共同建造可实现大规模聚变反应的实验堆，从而解决人类面临的能源问题。段旭如称，每个参与方承担整个工程中的一部分工作，我国的贡献份额约占整个ITER的10%。“这个10%主要部分是实物贡献，也就是说，ITER是一个聚变实验堆，由很多部件构成，中方承担了其中部分部件的技术研发和生产制造。最后在中国做好以后，运到现在的ITER总部法国去。”段旭如说。
中国环流器二号A装置正是对中国承担的ITER部件研制任务的技术支持。中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所负责人许敏介绍，中国环流器二号A其实相当于一个未来的核聚变反应堆雏形，科学家们想到用磁场把这些高温燃料束缚起来，让它们乖乖地在一个环形的空间里飞行，不和真空室接触。“做法就是产生微波和电子回旋的波，然后通过传输线，最后注入到真空室里去，等离子体吸收这些微波以后，它的温度自然就会升上来。从原理上讲，跟微波炉非常像，但它的功率要大得多。”许敏说。
早在2002年，我国已完成中国环流器二号A的建造，如今的中国环流器二号M又有哪些不同呢？段旭如解释说，环流器二号M将在等离子体电流以及温度等方面达到更为惊人的参数。“它的离子温度可以突破1亿度以上，达到1.5亿度，其它的参数也高，比如建成以后，它的电流将达到3兆安培，这是一个什么概念？我们现在国内最大的装置，它的电流也只能到1兆安倍，所以它的能力将会极大地提升，可以为今后国际热核聚变实验堆，也就是ITER计划提供技术支撑。”
事实上，在整个ITER计划中，有多个国家在研制这样的耐高温材料，这些材料处于聚变反应堆最核心位置，直接面对高温聚变燃料，因而被称为反应堆的“第一壁”。第一壁要承受每平米4.7兆瓦的热量，可以瞬间将一公斤的钢铁融化。中核集团核工业西南物理研究院ITER屏蔽包层项目负责人谌继明说，装置内部可以达到上亿度的高温，采用不锈钢、铜合金与金属铍的真空注压，筑起一道“防火墙”。“实际上ITER的专家心里也没底，到底这个能不能耐得住4.7兆瓦每平方米的热度。通过我们自主研发的部件，我们成了世界上第一家通过高热负荷实验认证的单位，我们率先拿到了生产许可证。”谌继明介绍。
应该说，“人造太阳”上应用的很多中国技术都达到了世界领先的水平，谌继明表示，我们实现了从落后到齐步进而部分技术领跑的转变。“在参加ITER之初，我们比国外落后20年；到2010年左右，我们追赶上了，和他们齐头并进；到现在，我们率先通过了国际认证。事实证明，我们确实在某些方面已经开始领跑。”
说到这里，大家可能又要问了，我们为什么非要建设“人造太阳”呢？都说“万物生长靠太阳”，太阳是地球上万物生长的一切来源，它正是利用核聚变反应，不断向地球输送能源。中科院等离子体所常务副所长宋云涛表示，这颗“太阳”如果建设成功，可能会一劳永逸地解决地球能源短缺的问题。“如果我们成功了，可以让一升海水去发生核聚变，能够产生的能量相当于300升汽油的能量。如果能够建成未来的聚变电站，那么可以为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。”
我们利用核聚变做出的“人造太阳”又有哪些优势？中核集团董事长余剑锋解释称，我们常用的煤、石油、天然气等化石能源，储量有限，且污染环境，核聚变能量源氘气来自海水，可以源源不断地供应。他介绍：“氘气在海水里面是很多的，大概有45万亿吨，就是说一升海水就相当于300升的汽油，能量是巨大的，核聚变能没有放射性的废物，所以这是一个跨时代、世界级的项目，也会改变人类的生活。”
今天，“中国环流器二号M”的顺利建设让我们对未来又多了几分期待。段旭如说，希望在二十一世纪中叶，聚变工程实验堆实验成功，建设聚变商业示范堆，完成人类终极能源梦想——“人造太阳”。他表示：“在研究过程中发现还有很多挑战没有解决，靠一个国家的实力来攻克，现在还有难度。也是希望集中全世界的科技力量，来共同攻克难题，所以2006年签署了ITER执行协议，我们在2025年将在法国南部建成ITER（人造太阳）第一个国际上的核聚变反应堆，达到这个目标以后，我们将会建示范堆，示范堆以后商用。”（记者张棉棉 刘飞 郭鹏） |
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发表于 2019-12-1 20:08:55