1亿度高温！中国“人造太阳”震撼了世界

　　来源：瞭望智库

　　中科院等离子体所11月12日发布消息，我国大科学装置“人造太阳”日前取得重大突破，实现加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300千焦，等离子体中心电子温度首次达到1亿度！

　　此前已经实现了5000万度稳定燃烧101.2秒（稳态长脉冲高约束等离子体运行），创造了新的世界纪录。

　　李建刚

　　中国工程院院士

　　中科院等离子体物理研究所研究员

　　演讲者 | 李建刚

　　本文转载自微信公众号“SELF格致论道讲坛”（ID：SELFtalks），原文首发于2018年11月12日，原标题为《中国“人造太阳”实现1亿度运行，这是可能永久解决能源问题的黑科技》

　　人造太阳受控的核聚变装置

　　大家都知道太阳，但什么是人造太阳？看过钢铁侠的人都知道，钢铁侠里面有一个人造太阳叫托卡马克，像一个磁线圈一样。如果把气体加热到上亿度，它就会发生聚变，可以像太阳一样发出巨大的能量。

　　如果是现实版的托卡马克的话，中国有两个人造太阳，一个在合肥，另一个在成都，分别叫合肥超环和中国的环流器1号。

　　太阳为人类产生了很多光和热，万物生长靠太阳。我们想要实现聚变，一个不可控因素就是氢弹。氢弹不能轻易地爆炸，要用原子弹去把它点一下，点到上亿度以后才有可能发生爆炸。

　　为什么要人造一个太阳？

　　那么怎样能够实现人造太阳？要把上亿度的温度装到任何容器上都会顷刻之间烟消云灭。

　　科学家想了一个办法：把一团火球——上亿度的等离子体，用磁的方法把它悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触，这个时候就可以把它加热、控制，进而造出太阳。

　　用的燃料是什么？是海水里面氢的同位素——氘和氚。海水里面的氘有多少呢？它可以让一千个电站使用上百亿年，也就是说该资源是无限的。

　　而且它没有高放的废料，而我们现在用的裂变电站都是化石燃料，一旦发生事故，就会有长达上百万年的放射性废料。

　　聚变的产物是什么？就是能源中子和氦气。氦气是非常清洁的，它导致事故的概率非常小，只有同时碰到地震和海啸才有可能发生，或许上万年才会出现一次。但聚变电站不怕，因为它聚变的产物就是氦气，只要一停机就没有了。

　　总结一下，作为资源来讲，它是无限的同时又是清洁的，所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源之一，可以大规模生产。

　　这个太阳怎么造？

　　一个一百万千瓦的电站，上海只需要两个。一个一百万千万电站每年需要多少东西呢?如果换成煤电站的话，需要50万吨煤；如果是核电站的话就需要30吨。

　　而聚变电站只需要一百公斤的重水和锂；

　　人类在这个方向一共做了50年，进展还是挺大的。我们知道，计算机每1.8年CPU的速度翻一倍，而聚变的发展速度基本上能做到跟它一样快，甚至比它快两个月，差不多16～17个月左右的时间，它的综合参数也能够翻一倍。

　　我国很多年前就开始做聚变了。托卡马克不是中国人的发明，是苏联人的发明，他们概在1989年的时候有意把一套马克装置送给中国。当时我们所长说这是一个很好的机会，因为当时我们啥都不会。于是就用400万人民币的羽绒、瓷器、中国家具换来了一个1800万卢布的装置。

　　当时这个装置还是比较好的。为什么？因为在那时候，一个卢布相当于3.6美元，我们花了一年半的时间把它全部拆掉，又花了两年的时间把它装起来，在这上面做了大量的实验，应该说还不错。其他国家在这个装置上面都只能做几秒钟高温，而我们最多能做到60秒钟一千万度，因此成为了全国的十大新闻。

　　但是这还不行，还不能够做到所有线圈的电阻都等于0，而有电阻就会产生能耗。这时候我们就要做超导。

　　什么叫超导呢？就是要把上亿度磁笼子的一团火球悬浮在-269℃的圈子里面。想想看，等于说有两个极端，一个温度在108K以上——一亿度以上，另一个温度是非常冷的，4K，也就是零下269℃。这个是非常难的。

　　其次，一旦发生聚变的时候——比如氢弹爆炸，只要它发生爆炸的时候就会有强烈的冲击波，它跟周边材料(就是悬浮起来的也不行)发生强相互作用，所以控制要非常精确，精确到零点几个毫米和零点几个毫秒以下，否则只要一偏心，它就碰到什么烧什么。

　　这件事真是难，难于上青天。为什么?因为美国人在60年代已经上了天、登了月,但是他们到现在也没有做出一个能够真正发电的人造太阳。

　　中国的东方超环

　　中国聚变之路

　　大约在1985年，尽管是冷战的时候，里根和戈尔巴乔夫也谈了一件象征着人类美好前景的事情——在地球上建一个人造太阳。这个人造太阳是50万千瓦，跟现在的发电站差不多。

　　谈判确定一共有七方参加，欧盟占最大一块45%，其他的六方——中国、日本、美国、韩国、印度各占9%，共出资100亿欧元，要在法国Cadarache（卡达拉舍）建世界第一个真正意义上的人造太阳，叫国际热核聚变实验堆ITER。它要运行20年，即需要能够在大规模的、几十万千瓦的基础上运行很长时间。这就是要验证聚变的工程可行性。到底规模有没有这么大，这么大的规模以后行不行？这里牵扯到特别多的技术。这是中国参加的一个最大的国际合作项目，价钱是100亿欧元，其中中国占9%，也是9亿欧元，这是一个很大的数字。

　　首先它要形成的磁笼一共有18段，像橘子瓣一样。这是什么概念？波音747重量370吨，这一个线圈在360吨左右；价钱也是差不多的，波音747是2.6亿美元，这大概是2.8亿欧元。

　　我们国家在参加ITER之前是生产短样的。绕这么一个线圈，里面要将近十万米导线，重150吨。我们国家在参加这个国际合作之前，四十年之间只产生了36公斤短样。

　　ITER使得国内的企业发展得非常好，已经形成了全世界最先进的技术，规模和产量也是最大的。西安的有色金属研究院、西部超导公司现在一年可以生产150吨；除此之外，国内的核磁共振、GE的所有线几乎超过一半都是ITER的材料在供应；还有我国航母的歼15的起落架，飞机落地的一刹那冲击力非常大，所以对材料的要求非常之高，用ITER上面的材料终于解决了航母的起落架的问题。通过国际合作，中间产生的过程和技术都能够非常好地用在国民经济上。