“人造太阳”——让世界看见东方红

大家对“核聚变”这个词或许比较陌生。简单解释一下，一切物质都是由原子构成的，质量较小的原子在外界高温高压等特定条件下，会发生聚合反应，生成新的质量更重的原子，同时释放出巨大的能量，科学家们将这一过程称为“核聚变”。目前，核聚变已成熟应用于氢弹的研究中，此外还有一项重要应用就是我们本节要了解的“人造太阳”。

什么是“人造太阳”

万物生长靠太阳。太阳已经形成了45亿年，它源源不断地以光和热的形式向外辐射能量，这些能量传输到地球上，维持着水循环、大气循环、植物光合作用等自然现象。太阳巨大的能量就来自核心区域持续的核聚变反应。

然而，释放大量能量的同时当然少不了自身质量的损耗。据计算，太阳每秒亏损的质量高达430万吨！而一头大象也不过才5吨。因此，科学家想到，如果可以研制一种能够实现可控的核聚变反应的装置，使其像自然界中的太阳一样实现持续的聚变反应，就可以源源不断地产生核聚变能，从而获得一颗永不落山的“小太阳”，来克服人类日益严峻的能源短缺问题。这项研究也被形象地称为“人造太阳”工程。

为什么要造“人造太阳”

目前地球上仍然以煤、石油、天然气为主要能量来源，而它们不可再生，因此未来有枯竭的危险，此外还存在一定的环境污染；而风能、水能、太阳能等新能源又受限于天气或地理条件等因素，无法持续高效地提供能源。

相比之下，核聚变能作为新能源，具有以下优点：

1.效率高，可持续。以最常见的氘（dāo）氚（chuān）聚变为例，1克氘氚聚变原料产生的能量相当于燃烧8000千克汽油。而原料的来源和储量都非常丰富——海洋中大约6500个氢原子中有1个重氢（氘），仅仅需要1升海水，就可以通过核聚变获得300升汽油的能量。

2.安全清洁无污染。核聚变产物是氦（氦气为空气的组成成分之一, 无色无味无毒），且无放射性核废料，对人体不会造成危害。

海水蕴藏丰富的核聚变原料

从“跟跑”到“领跑”——“人造太阳”在中国点亮

1998年7月，中国“人造太阳” EAST正式立项，并于2000年10月开工建设。然而，在20世纪90年代，中国聚变工程技术和超导工业十分薄弱，没有研制任何相关系统的经历。虽然核聚变的原理说起来简单，但开发核聚变能却是对国家科学与技术实力极限的挑战，因为这要求依靠人工控制极端且严苛的条件。

设计研发初期，“种太阳”团队走访了10余家大型制造企业，均因所需设备的设计精度高、制造难度大、国内无相关经验等原因被告知无法加工。团队将参数细化成简明的工程图纸，手把手指导厂家加工。历时6年困境中摸索，团队成功制造出EAST所需的重要组成部分,其工艺和技术指标均达到国际领先水平。

此外，美国曾以核心技术为由禁售建设“人造太阳”所需的高强度零件。越是封锁，越要超越。面对这个必须解决的难题，科学家团队从浩瀚的文献资料中找寻突破口，经过数百种材料比对和上千次实验，终于攻克了关键技术，打破了国外封锁，制造出国内无生产先例的大尺寸高强度核心零件，将生产成本降低近90%，极大节约了科研经费。

2021年5月28日，EAST成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，而就在半年后的12月30日，EAST成功实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，均在当时创造了新的世界纪录，这标志着中国在国际可控核聚变研究领域内实现了一项巨大突破。科研人员称新纪录进一步证明核聚变能源的可行性，也为其迈向商用奠定物理和工程基础。

“EAST装置建设，瞄准世界前沿，高标准、严要求地完成了国家大科学工程建设任务！”中科院等离子所所长宋云涛自豪地说道。

核聚变与核裂变

首先，从名字中的“聚”和“裂”我们不难看出，核聚变与核裂变是两种相反的过程。前文说到，一切物质都是由原子构成的，而原子是由原子核和核外电子构成。看了前文的介绍，相信大家对核聚变已经有了一定的了解，下面再来介绍核裂变。

核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子像铀（yóu）、钍（tǔ）等才能发生核裂变。这些原子的原子核在相应的外界条件下会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出巨大的能量，这些能量又能使别的原子核接着发生核裂变，使过程持续进行下去，这种过程我们称作链式反应。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，简称原子能。太阳的产能方式以及氢弹都利用了核聚变的原理，而核裂变主要应用于核电站和原子弹。目前相比于核聚变，核裂变是可控的，因而更安全。