中国的“人造太阳”——中国环流器系列现身记

什么是人造太阳 ？

大家都知道太阳，但什么是人造太阳？人造太阳，简单说，就是科学家想在地球上建造一个装置，模拟太阳发光发热的原理释放能量，一劳永逸解决人类的能源问题。这个听起来极其疯狂，甚至有些魔幻色彩，真的能实现吗？

我们已经有一个太阳了，为什么还非得要再造个太阳呢？要说清这个问题，需要从能源需求说起。

我们人类从生产到生活，各种活动无一不需要能源。但是地球上的能源不是取之不尽的，比如我们常用的煤、石油、天然气等化石能源，大概只能用几十年。除了具有一定的贮量，化石能源还有一个问题就是严重污染环境。风能、水能虽然干净，但供量有限，且受自然条件影响大。

人类千方百计去解决能源不足问题，但迄今为止，没有任何一种方式能像太阳那样无限供应能源且不带来污染。

为什么要人造一个太阳？

在核技术不断创新的今天，人们对于建设一个类似“人造太阳”的愿望愈发强烈。

那“人造太阳”为什么就能无限供应能源呢？“人造太阳”产能的原理是什么？

太阳是利用核聚变反应，源源不断向地球输送能源的，“人造太阳”当然也需要借助相关的核技术。

而这种核技术尝试分为两条道路：核裂变和核聚变。

核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式，可以产生巨大的能量。核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见。

核聚变是核裂变相反的核反应形式。核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应，是将两个质量轻的原子核“聚合”成为一个重原子核，根据爱因斯坦质能方程E=mc2，原子核发生聚变时，有一部分质量转化为能量释放出来。只要微量的质量就可以转化成很大的能量，能量密度比核裂变更高。

核聚变反应原理

那产生能量到底有多大呢？有个形象且相对准确的说法就是——1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。

而且核聚变反应的优势在于：

（1）核聚变释放的能量比核裂变更大

（2）无高端核废料，极少产生放射性废物，可不对环境构成大的污染

（3）燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨

核聚变装置内部反应状况

核聚变离我们生活并不遥远

核聚变部分关键技术已经被应用到了生活中的方方面面，如医用高场核磁共振、军民两用高功率微波技术、病菌灭活等。

”人造太阳”到底难度有多大？

科学家表示，虽然核聚变听起来非常的有诱惑力，但是我们现在如果想要控制这种热核聚变反应，科学技术方面来说还是存在着很多的难题。

主要是因为我们现在要实现这种控制热核聚变反应，必须满足两个基本的条件，而这两个条件，想要达到还真的是非常困难，第一个就是极高的温度，这两种化学成分在发生聚变反应时，温度必须在达到5000万摄氏度以上，就像是我们的太阳其实就是在不断的发生，这种核聚变反应，但是就我们地球现在的环境来说，想要达到如此高的温度还真的是非常的艰难。

第二个当然就是能够人为的充分约束高温等离子体，当产生这种热核反应之后，这些高温等离子体肯定会四处逃逸，而我们现在就想要使用高科技，能够控制维持住这些高温等离子体，让其充分地进行聚变反应，这样才能够释放出更多的能量。

只有这两个条件都达到了之后，我们人类才能够成功地使用这种热核聚变反应并使其商业化。

那我们国家的“人造太阳”造的怎么样了？

仅以中核集团核工业西南物理研究院为例，已独立建成2座，升级改造一座，在建一座。

中国环流器一号（HL-1）装置，坐落于四川乐山，1971年12月批准建设，项目代号“451工程”，意思是第四个五年计划的第一个项目，只是代号就让人感受到意义非凡。

这是由我国自主设计、自主建造的中国第一个、首个国际中等规模的托卡马克装置，它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入到规模物理实验阶段，使我国成为除美国、前苏联、日本和西欧外，自主研制成功中型托卡马克核聚变研究装置的国家。1984年完成装置工程联调，1985年正式投入物理实验研究。

中国环流器一号（HL-1）装置

中国环流器新一号（HL-1M）是以HL－1装置为基础改建而成。HL-1M装置研制与实验成果分别于1997年、2001年获国家科技进步奖二等奖和国防科学技术奖一等奖。

中国环流器新一号（HL-1M）装置

中国环流器二号（HL-2A）是我国第一个具有偏滤器位形的大型托卡马克装置，利用德国ASDEX装置主机3大部件改建而成。1999 年正式动工建造，2002年12月通过验收。

迄今为止，借助这个新“聚变利器”，2003年，在首轮物理实验中成功实现第一次偏滤器位形运行。2006年已将等离子体电子温度提升到了5500万度，标志着中国人向聚变装置点火所需的1亿度高温迈进了一大步。

实验图

2009年又首次实现了偏滤器位形下高约束模式（H模）运行。

最近实验结果显示，关键的离子温度达到了约5000万度，同时，在国内首次实现了高比压（βN>3）等离子体放电运行，标志着我国聚变研究在装置加热、运行与控制、器壁处理等方面的整体水平得到进一步提高。

中国环流器二号A装置

下面该说说我们今天的主角了——中国环流器二号M装置（HL-2M）。

即将建成的先进托卡马克装置中国环流器二号M装置（HL-2M）是由我国自主设计和建造的又一聚变利器。“中国环流器二号M”将在2019年年底建造完成，一旦运转起来，“中国环流器二号M”的技术参数和性能将远远超过之前人类设计的托卡马克装置。

中国环流器二号M装置

建成时芯部的最高电子与离子温度可分别达到16keV（约2亿度）和12keV（约1.5亿度）。这意味着中国的核聚变装置综合性能已成功晋级世界核聚变研究强国第一梯队。

目前环流器一号、新一号服役期已满，正在服役的是二号A装置，即将投入使用的是二号M装置。

作为世界聚变研究的重要组成部分，中国环流器系列装置多项成果达到、甚至超过世界水平，每一个数据的产生都经过了科研人员长达数年的准备工作和反复验证，凝聚了无数科研人员的梦想与汗水。未来人类必将完全掌控可控核聚变，而从目前各国可控核聚变研究的进展来看，最先掌握可控核聚变技术的国家必然是中国。