1億度高溫！中國“人造太陽”震撼了世界

　　來源：瞭望智庫

　　中科院等離子體所11月12日發佈消息，我國大科學裝置“人造太陽”日前取得重大突破，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達到1億度！

　　此前已經實現了5000萬度穩定燃燒101.2秒（穩態長脈衝高約束等離子體運行），創造了新的世界紀錄。

　　李建剛

　　中國工程院院士

　　中科院等離子體物理研究所研究員

　　演講者 | 李建剛

　　本文轉載自微信公衆號“SELF格致論道講壇”（ID：SELFtalks），原文首發於2018年11月12日，原標題爲《中國“人造太陽”實現1億度運行，這是可能永久解決能源問題的黑科技》

　　人造太陽受控的核聚變裝置

　　大家都知道太陽，但什麼是人造太陽？看過鋼鐵俠的人都知道，鋼鐵俠裏面有一個人造太陽叫託卡馬克，像一個磁線圈一樣。如果把氣體加熱到上億度，它就會發生聚變，可以像太陽一樣發出巨大的能量。

　　如果是現實版的託卡馬克的話，中國有兩個人造太陽，一個在合肥，另一個在成都，分別叫合肥超環和中國的環流器1號。

　　太陽爲人類產生了很多光和熱，萬物生長靠太陽。我們想要實現聚變，一個不可控因素就是氫彈。氫彈不能輕易地爆炸，要用原子彈去把它點一下，點到上億度以後纔有可能發生爆炸。

　　爲什麼要人造一個太陽？

　　那麼怎樣能夠實現人造太陽？要把上億度的溫度裝到任何容器上都會頃刻之間煙消雲滅。

　　科學家想了一個辦法：把一團火球——上億度的等離子體，用磁的方法把它懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸，這個時候就可以把它加熱、控制，進而造出太陽。

　　用的燃料是什麼？是海水裏面氫的同位素——氘和氚。海水裏面的氘有多少呢？它可以讓一千個電站使用上百億年，也就是說該資源是無限的。

　　而且它沒有高放的廢料，而我們現在用的裂變電站都是化石燃料，一旦發生事故，就會有長達上百萬年的放射性廢料。

　　聚變的產物是什麼？就是能源中子和氦氣。氦氣是非常清潔的，它導致事故的概率非常小，只有同時碰到地震和海嘯纔有可能發生，或許上萬年纔會出現一次。但聚變電站不怕，因爲它聚變的產物就是氦氣，只要一停機就沒有了。

　　總結一下，作爲資源來講，它是無限的同時又是清潔的，所以長期以來被科學家認爲是未來人類終極能源之一，可以大規模生產。

　　這個太陽怎麼造？

　　一個一百萬千瓦的電站，上海只需要兩個。一個一百萬千萬電站每年需要多少東西呢?如果換成煤電站的話，需要50萬噸煤；如果是核電站的話就需要30噸。

　　而聚變電站只需要一百公斤的重水和鋰；

　　人類在這個方向一共做了50年，進展還是挺大的。我們知道，計算機每1.8年CPU的速度翻一倍，而聚變的發展速度基本上能做到跟它一樣快，甚至比它快兩個月，差不多16～17個月左右的時間，它的綜合參數也能夠翻一倍。

　　我國很多年前就開始做聚變了。託卡馬克不是中國人的發明，是蘇聯人的發明，他們概在1989年的時候有意把一套馬克裝置送給中國。當時我們所長說這是一個很好的機會，因爲當時我們啥都不會。於是就用400萬人民幣的羽絨、瓷器、中國傢俱換來了一個1800萬盧布的裝置。

　　當時這個裝置還是比較好的。爲什麼？因爲在那時候，一個盧布相當於3.6美元，我們花了一年半的時間把它全部拆掉，又花了兩年的時間把它裝起來，在這上面做了大量的實驗，應該說還不錯。其他國家在這個裝置上面都只能做幾秒鐘高溫，而我們最多能做到60秒鐘一千萬度，因此成爲了全國的十大新聞。

　　但是這還不行，還不能夠做到所有線圈的電阻都等於0，而有電阻就會產生能耗。這時候我們就要做超導。

　　什麼叫超導呢？就是要把上億度磁籠子的一團火球懸浮在-269℃的圈子裏面。想想看，等於說有兩個極端，一個溫度在108K以上——一億度以上，另一個溫度是非常冷的，4K，也就是零下269℃。這個是非常難的。

　　其次，一旦發生聚變的時候——比如氫彈爆炸，只要它發生爆炸的時候就會有強烈的衝擊波，它跟周邊材料(就是懸浮起來的也不行)發生強相互作用，所以控制要非常精確，精確到零點幾個毫米和零點幾個毫秒以下，否則只要一偏心，它就碰到什麼燒什麼。

　　這件事真是難，難於上青天。爲什麼?因爲美國人在60年代已經上了天、登了月,但是他們到現在也沒有做出一個能夠真正發電的人造太陽。

　　中國的東方超環

　　中國聚變之路

　　大約在1985年，儘管是冷戰的時候，里根和戈爾巴喬夫也談了一件象徵着人類美好前景的事情——在地球上建一個人造太陽。這個人造太陽是50萬千瓦，跟現在的發電站差不多。

　　談判確定一共有七方參加，歐盟佔最大一塊45%，其他的六方——中國、日本、美國、韓國、印度各佔9%，共出資100億歐元，要在法國Cadarache（卡達拉舍）建世界第一個真正意義上的人造太陽，叫國際熱核聚變實驗堆ITER。它要運行20年，即需要能夠在大規模的、幾十萬千瓦的基礎上運行很長時間。這就是要驗證聚變的工程可行性。到底規模有沒有這麼大，這麼大的規模以後行不行？這裏牽扯到特別多的技術。這是中國參加的一個最大的國際合作項目，價錢是100億歐元，其中中國佔9%，也是9億歐元，這是一個很大的數字。

　　首先它要形成的磁籠一共有18段，像橘子瓣一樣。這是什麼概念？波音747重量370噸，這一個線圈在360噸左右；價錢也是差不多的，波音747是2.6億美元，這大概是2.8億歐元。

　　我們國家在參加ITER之前是生產短樣的。繞這麼一個線圈，裏面要將近十萬米導線，重150噸。我們國家在參加這個國際合作之前，四十年之間只產生了36公斤短樣。

　　ITER使得國內的企業發展得非常好，已經形成了全世界最先進的技術，規模和產量也是最大的。西安的有色金屬研究院、西部超導公司現在一年可以生產150噸；除此之外，國內的核磁共振、GE的所有線幾乎超過一半都是ITER的材料在供應；還有我國航母的殲15的起落架，飛機落地的一剎那衝擊力非常大，所以對材料的要求非常之高，用ITER上面的材料終於解決了航母的起落架的問題。通過國際合作，中間產生的過程和技術都能夠非常好地用在國民經濟上。