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揭秘“人造太阳”

新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M” ， 预计于2020年投入运行 。 该实验装置的建成将为可控聚变能开发提供重要技术支撑 。 我们距离“人造太阳”的梦想 ， 又近了一步 。
从“进口”上说 ， 当前可控核聚变所需的反应原料（氘和氚） ， 在地球上“储量”非常丰富 。 氘大量存在于水中 ， 每公升水可提取出约0.035克氘 ， 通过聚变反应可释放相当于燃烧300公升汽油的能量；氚由于半衰期较短 ， 在自然界中储量有限 ， 但其可通过中子轰击锂来制备 ， 而在地壳、盐湖和海水中 ， 锂都是大量存在的 。
从“出口”上说 ， 可控核聚变的产物为氦和中子 ， 不排放有害气体 ， 也几乎没有放射性污染 ， 具有环境友好的优点 。
不仅清洁、燃料资源丰富 ， 可控核聚变还有另一个重要特点：固有安全性 。 核聚变反应需要氘氚燃料达到上亿摄氏度的高温和足够高的密度等苛刻条件 ， 任何一点细微条件的缺失 ， 都会导致温度密度的下降 ， 致使聚变反应停止 。 另外 ， 由于聚变堆中燃烧的氘氚等离子体被磁场约束在真空容器内 ， 其密度比空气低数个量级 ， 因此不会引起爆炸 ， 也不会导致泄漏事故 。
核聚变能一旦实现商用 ， 地球上的能源将取之不尽用之不竭 ， 因能源消耗带来的环境问题及能源短缺带来的社会问题有望得到根本解决 ， 人们的生活和科技水平也将因此而得到极大提高 。 像海水淡化、星际飞船这类因耗能巨大而令人们犹豫不决、望而却步的工程 ， 未来均有望在可控核聚变能的支持下得到更快发展 。
理想很美好 ， 实现起来并不容易 。 一个最明显的问题 ， 就是用什么容器来承载极端高温的聚变燃料 。
从20世纪50年代开始 ， 英、美、苏等国科学家前赴后继 ， 快箍缩、磁镜、仿星器等不同的技术路线此消彼长 。 竞争延续到了1960年代 ， 最终由苏联科学家提出的托卡马克装置异军突起 ， 达到的参数效果惊人 ， 国际聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克 。
当世界多国在秘密开展可控核聚变研究的同时 ， 中国“人造太阳”的建设也没有掉队 。 早在1955年 ， 钱三强和刚留美归来的李正武等科学家便提议开展中国的“可控热核反应”研究 ， 这与国际社会关注核聚变几乎同步 。
1965年 ， 根据国家“三线”建设统一规划 ， 在四川省乐山市郊区 ， 建立了我国核聚变研究基地——西南物理研究所 ， 这也是中核集团核工业西南物理研究院（以下简称“核西物院”）的前身 。
自此以后 ， 我国先后发展了多种类型的磁约束聚变研究装置 ， 如脉冲磁镜、角向箍缩装置、仿星器、超导磁镜、反场箍缩装置和托卡马克 。
1984年中国环流器一号（HL－1）的建成 ， 是中国核聚变研究史上的重要里程碑 ， 也是中国可控核聚变领域的第一座大科学工程装置 ， 它为中国自主设计、建造、运行聚变装置培养了大批人才 ， 积累了丰富经验 。
从此 ， 中国磁约束聚变一步步从小到大 ， 从弱到强 。 1995年中国第一个超导托卡马克装置HT-7在合肥建成；2002年中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号A（HL－2A）；2006年 ， 世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次等离子体放电成功……
而预计2020年投入运行的“中国环流器二号M”装置将成为中国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验研究装置 ， 由于HL-2M装置采用了更先进的结构与控制方式 ， 其等离子体体积为中国现有装置的2倍以上 ， 离子温度将达到1亿摄氏度以上 ， 可将电流从中国现有装置的1兆安培提高到2.5兆安培以上 。 它将为我国培养聚变堆实验运行人才及自主设计、建造未来聚变堆提供重要技术支撑 。
世界上第一颗原子弹爆炸以后 ， 不到十年人类就实现了核裂变的和平利用 ， 建成了核电站 。 科学家们想 ， 氢弹成功以后 ， 应该也用不了多长时间就能够实现核聚变的和平利用 ， 可以实现可控核聚变 。 后来的研究发现 ， 并没有那么简单 ， 它需要集世界的科技力量一起来努力实现 。


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