人造太阳何时能实现？技术关键托卡马克装置，仍然需要技术突破

上一期，我们谈到了人造太阳，是人类目前看到的最可靠的新能源之一。从这个高大上的名字就可以看出来：这是一项很高精尖的科技，不是轻易就能完成的。实际上，从1955年钱三强提出这个计划的原型到现在，六十多多年过去了，我们依然还在探索的路上。有一些关键的难题，依旧还等着我们解决。

首先我们要知道：究竟是什么原因导致核聚变难以实现。

那就是对于核聚变的控制。

如果不对核聚变加以控制，任由其肆意进行，那么就会变成氢弹，只能带来灾难。所以，如何约束住核聚变的能量，就是一个问题了。

同时，核聚变的发生，也是一个难关。要知道，原子弹需要TNT烈性炸药来引爆，而引爆氢弹的，是原子弹。想要让核聚变反应发生，需要5000万到1亿摄氏度的超高温。那么问题来了：虽然我们现在把粒子升温到1亿摄氏度并非不可能，但是要用什么来装它们呢？再耐高温的材料，也会被烧成气体啊！

二十世纪五十年代，前苏联科学家提出了一种解决方案，那就是利用电磁学的原理，将反应原料加以束缚。他们根据这个方案的设计装置所包含的部分（“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”）为其命名，这就是托卡马克装置。

托卡马克装置的原理，就是利用强大的磁场，将被升到超高温、处于等离子态的粒子束缚在线圈之间的真空腔内。在这里，粒子会被加速到每秒5公里的速度，从而为核聚变提供条件。由于核聚变反应仅仅发生在真空腔的核心区域，而真空是很难导热的，所以实现了对超高温粒子的约束。即便如此，在真空腔周围，温度依然有上千摄氏度，需要耐高温的材料来制作才行。

但是，这也会带来一个问题：温度越高的粒子，就越不稳定。我们知道，温度是粒子无规则运动剧烈程度的宏观表现。1亿摄氏度，是太阳核心温度的近7倍，因此粒子的运动将极其剧烈。因此，人类虽然可以实现这个温度，却很难将其完美地控制住，这也就是目前全世界托卡马克装置所面临的最大问题之一。

毕竟，我们需要的是一个持续不断功能的核电站，而不是抽风一样隔三差五给一次巨大能量的装置。于是，实现对核聚变反应的控制，成为了所有科学家面临、需要携手攻克的最重要难关。

2006年的时候，国际热核聚变实验堆（ITER）计划正式签署，我国和美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度加入其中。我国的托卡马克装置，叫做全超导托卡马克核聚变实验装置，简称EAST。

令人欣喜的是，在这个方面，我国走在了世界的前列。2017年，EAST实现了长达101.2秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行，这也是全世界范围内第一次实现超过100秒的稳态运行。

不过，我们也要意识到，这个时间长度，也并不是终点。只有一直稳定运行下去，才可能真正实现核聚变发电。为此，我们还有很长的路要走。

除此之外，还有很多问题，需要科学家们解决。我们说了，EAST是超导托卡马克，也就是说要利用超导体。而目前人类发现的超导体，都需要在极低温才会出现。装置外只比绝对零度高几个摄氏度，内部又要达到一亿摄氏度，这个温度差的控制也是极大的挑战。

据中科院万元熙院士介绍，我国计划的第一个原型聚变工程堆的时间点，大约是2050年。也就是说，这还需要30年的时间。看起来，这是一个愚公移山的项目。前人栽树，后人乘凉。为了人类发展事业而奋斗的人们，才是人类真正的英雄。

当然，托卡马克也未必就是可控核聚变反应的唯一解。条条大道通罗马，也许未来的某一天，就会有新的装置可以完美地解决这个问题。而且，即使是在现在，科学家也不止有这一个方案。目前来说，还有一种仿星器装置，虽然还不像托卡马克这么被寄予厚望，但也不能排除它未来逆袭的可能。

总之，人类对于新能源的探索已经刻不容缓。早日实现清洁能源的全面利用，就可以早一天拯救地球于水火之中，也是人类自救的重要一步。