人类真的能造出“太阳”吗，中韩两国相继突破，人造太阳为何重要

在这个即将过去的2020年，我们经历了太多终身难忘的事情，同时也见证了许多科技上的重要新闻。除了关于新冠疫情的疫苗和今年红红火火的航天新闻之外，还有一条新闻在年底非常重要，那就是中国和韩国先后在人造太阳领域取得重大突破。

人造太阳，听起来是一个非常高端的名词。那么，人类要造出什么样的“太阳”？人造太阳究竟有何意义呢？

新能源

在气候日益恶化的今天，节能减排已经成为了人们关注的焦点。在开发风电、太阳能电池的同时，科学家们还将希望寄托于另一个重要的能量来源——核反应。我们知道，核反应可以产生出巨大的能量，相信任何一个听说过原子弹和氢弹的人都不会否认这一点。

现在我们已经开始利用核能来发电了，比如著名的秦山核电站、大亚湾核电站等。这些核电站固然提供了许多的清洁能源，但其中也有一个问题，那就是它们的反应原理都是核裂变。也就是说，本质上讲，现在使用的核电站原理都类似于原子弹。而科学家目前希望能够建造的，是核聚变的发电站，也就是类似于氢弹的原理。

那么，同样是核反应堆，为何我们已经有了核裂变的发电站，还要追求核聚变的发电站呢？后者到底有何优势呢？

（图片说明：秦山核电站）

核聚变反应堆的优势

1. 能量：这两种核电站之间的区别有一点显而易见，那就是能量的释放。大家都知道，氢弹比原子弹的威力要巨大得多，可以想象，核聚变也能比核裂变产生更多的能量，仅仅1升 海水中所含有的少量的氘，就足以在核聚变中释放出相当于300公斤汽油燃烧所释放的热量，可见其能量转化率之高；
2. 储量：不仅如此，核聚变的原料也比核裂变的原料储量更大，其主要原料氘（即带有一个中子的氢同位素）在海水中的储量达到了40万亿吨，足够人类使用一百亿年；
3. 安全性：核裂变的反应产物中有高速的中子，具有极强的放射性，这也是核裂变反应堆危险的重要原因；相比之下，核聚变的产物氦就没有放射性。此外，核裂变是链式反应，而核聚变则不然，一旦温度下降到临界点以下，就会中止反应，这从根本上就杜绝了像切尔诺贝利事件这样的核灾难。

由此可见，核聚变反应堆确实是人类未来必不可少的新能源。那么，为何它直到今天都还没有广泛使用呢？没有办法，因为想要按照人类的意愿使用核聚变来发电，目前还是做不到的。

可控核聚变

理想很丰满，现实很骨感。就像氢弹比原子弹难得多一样，核聚变的实现也比核裂变难得多。毕竟我们不能靠氢弹来获得能量，而是要让核聚变按照人类的需求可控、稳定地进行下去，也就是所谓的可控核聚变。

首先，我们就要提供足够高的温度和压力才行。要知道，氢弹都是要利用小型原子弹来引爆的，可见核聚变对于条件要求之高。这样的反应在宇宙中其实并不少见，包括太阳在内的恒星核心处都能够进行这样的核聚变，因此可控核聚变也被称为人造太阳。但是，太阳内部的温度高达1500万摄氏度，压力也是地表大气压的3000亿倍，这对于人类来说的确非常困难。

而且，就算提供了这样的能量和压力，用什么样的容器来容纳这些核燃料，也是一个问题。

那么，人类该如何容纳这样一个极端条件下的人造太阳呢？

超导托卡马克

可以想象，至少在我们的认知中，没有任何物质可能在数千万甚至一亿摄氏度的条件下还不融化的。

有趣的是：既然没有任何物质能够容纳，这句话听起来是个否定句，但科学家却把它当作肯定句来理解：不如就用“没有任务物质”来容纳它，那就是真空。可是问题在于，我们就在地球上，是受到地心引力的，就算能打造出高度真空的环境，又该如何保证内部的核燃料不掉落下来呢？

上个世纪50年代的时候，苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人提出了一种环形结构，成为了解决这个问题的答案。

我们知道，宇宙中有四种基本作用力，其中有两种长程力，那就是电磁力和引力。因此，他们指出：只要我们打造出合理的磁场，就可以通过磁约束将这些等离子体核燃料束缚在真空环境中。由于他们设计的这套装置包含了环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、线圈（kotushka）这几大要素，所以他们将这几个单词组合在一起，将这种装置命名为托卡马克（Tokamak）装置。

后来，为了提供更强的磁约束，科学家们又提出了必须利用超导技术，所以现在我们开发的装置叫做超导托卡马克装置。

不过，理论提出来了，实际实施却面临着重重困难。如今，托卡马克的概念已经提出了70年，人类却依然无法真正实现这个装置。人造太阳，依然遥远。

闪耀吧，人造太阳！

1985年，为了解决超导托卡马克装置的问题，美、苏、欧、日共同启动了"国际热核聚变实验堆（ITER）"计划。2006年，在法国爱丽舍宫，我国代表正式签署协议，加入到了ITER计划中。2020年7月28日，ITER计划重大工程安装启动仪式在法国该组织总部举行。

在人造太阳领域，我国可以说是走在了世界的前列，多次取得重大突破。最近的一次大家可能也听说过，就是在2020年12月14日，位于成都的新一代“人造太阳”——中国环流器二号M装置（HL-2M） 正式建成并首次实现放电，在内部温度高达1.5亿摄氏度的恐怖条件下依然保持稳定。

正所谓是好事成双，在我国人造太阳取得新高度之后不久的12月28日，韩国超导托卡马克先进研究(KSTAR)中心的人造太阳成功实现连续20秒维持1亿摄氏度的运行，这创造了全新的世界纪录，将可控核聚变的时间再次延长。显然，这个时间仍然不足以稳定地实现供电，但这样的突破仍然值得庆贺，这让我们离可控核聚变又近了一步。

可以想象，如果可控核聚变真的开发成功，并且投入商用，那么人类面临的能源危机和全球变暖效应都将得到完美的解决。因此，世界各国也才不遗余力地投入到人造太阳的研究，希望早日梦想成真。

和穿梭宇宙、长生不老相比，这样几乎无尽的能源看起来离现实更近一些。甚至有科学家推测，最早在2040年，我们就可以用上人造太阳所发出的电。到那个时候，人类的科技势必将会在强大能源的保证下继续突破，实现飞跃。如果科学家能够开发出更小规模的人造太阳，那么人类飞出太阳系，恐怕也不再是一个梦了！