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合肥“人造太阳”做出来了吗？ 人造太阳( 二 )


第二个困难
有了核聚变等离子体的容器，实验就可以开始了 。首先，制作一个能够容纳核聚变等离子体的磁阱需要耗费大量的能量，然后试图让束缚在磁阱中的核燃料温度达到一亿度 。所需的能量称为输入能量，而核聚变能产生的能量输送到装置外部，我们称之为输出能量 。
常识告诉我们，只有核聚变的输出能量大于输入能量，这个核聚变才有造福人类的意义，否则得不偿失 。
科学家称这种输入输出能量的比率为倍增因子，简称Q值 。Q值越大，能量输出越多，效益越好 。经过计算，反应堆装置巨大的建设成本和运行成本，加上输入能量，一般都有一个大于10的Q值，即输出能量是输入能量的10倍以上，才能实现效益 。
说起来容易做起来难 。前苏联在1954年建成第一台托卡马克装置后，用了16年时间做了无数次实验，却未能获得任何能量 。
直到1970年，苏联科学家才第一次从改进的托卡马克装置上获得能量输出，而且输出极小，Q值只有10亿分之一 。虽然只得到这么一点点需要极其精密的仪器才能探测到的能量，但对于全世界的科学家来说，这已经是一个重大突破，这至少说明托卡马克装置是可以产生输出能量的 。这个结果让全世界的科学家看到了可控核聚变的希望和前景 。
世界受控核聚变发展趋势1970年，前苏联科学家在托卡马克装置中产生能量，为全世界的受控核聚变研究注入了一针强心剂 。所有国家都从沉睡中醒来，成群的蜜蜂建造了自己的大型托卡马克装置 。这些装置主要有欧洲的United Ring -JET，苏联的T20(后来降为T15，但具有超导性)，日本的JT-60，美国的TFTR等
随着实验的进行，Q值的记录不断被刷新 。1991年，欧盟环的受控核聚变反应实现了0.12的Q值；1993年美国TFTR实验Q值达到0.28；1997年9月，欧盟环的Q值达到0.6，之后又增加到0.65 。三个月后，在日本的JT-60实验中，Q值达到1，然后是1.25 。
q值超过1，说明输出大于输入，这又是一个显著的进步 。
世界上许多国家正在联合建造最大的可控核聚变装置 。虽然这个装置主要采用了托卡马克装置的原理，但它不再是通常意义上的托卡马克实验装置，而是一个真正的国际热核实验堆，简称ITER 。这一国际合作项目于2006年启动，中国、美国、俄罗斯、英国、瑞士、印度、日本、韩国和欧盟等27个国家加入其中 。
ITER由超过一百万个组件组成，其中强大的超导磁体有四层楼高，每层重达360吨 。目前，2300人正在这个项目的施工现场忙碌着 。预计2021年完成设备安装，2025年开始等离子体实验，2035年进行氚聚变实验 。目标是产生500兆瓦的热能或200兆瓦的连续电能 。项目总投资200亿欧元 。
项目的Q值目标是> 10，即输出能量达到输入能量的10倍以上 。
中国受控核聚变的进展中国在托卡马克受控核聚变的发展上起步较晚，第一台托卡马克装置于1974年建成 。但通过这几年的努力，实现了弯道超车，领先世界 。
1974年后，中国相继建成了HT-6B和HT-6M常规磁体托卡马克装置 。后来又建成了圆形截面的全超导托卡马克装置合肥超级环(HT-7)和世界上第一台非圆形截面的全超导托卡马克装置东超级环 。核聚变物理实验取得多项国际领先成果 。
2017年7月3日，合肥等离子所传来好消息 。科技人员在EAST实现了1.2亿度稳定长脉冲高约束等离子体运行101.2秒，然后1.6亿度运行20秒 。这是迄今为止世界上最长的托卡马克装置，也是世界上首次实现百秒级的稳定和高约束 。
近年来，中国还在成都建成了中国环流器II M(HL-2M)，这是中国自主研发的新型热核聚变实验堆 。与现有的托卡马克装置相比，HL-2M装置采用了更先进的结构和控制方式 。与EAST装置相比，该装置的体积更小，但等离子体室的体积是原装置的两倍，反应温度可达1.5亿度 。该装置于2020年12月4日建成，并实现首次放电 。
中国科技精英并没有止步于这些成就，也没有满足于参与世界上最大的热核反应堆项目，而是在建设一个更加雄心勃勃的项目:中国聚变工程实验堆(简称CFETR) 。该项目的实施计划是2021年开始建设，2035年完成，开始大规模实验，2050年完成实验 。
本项目的目标是第一阶段实现200 MW的输出功率，然后通过改进在同一套设备上逐步达到1,000 MW的输出功率，使Q值大于25 。这是一个示范工程，是一个样板工程，对我国今后参与国际受控核聚变研究，推动受控核聚变走向社会应用具有重要的指导和借鉴意义 。
人类为啥花这么大力气开发受控核聚变？究其原因，主要基于两点:第一，人类目前正面临能源危机，需要寻求新的、更好的、更有潜力的能源，才能让人类文明继续前进 。但是，地球上有很多核聚变燃料，可以说是取之不尽，用之不竭；其次，核聚变能源的生产过程完全没有污染，有利于修复和保护被人类破坏的自然环境 。


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