中國(guó)造“人造太陽(yáng)”本世紀(jì)將成功誕生

　　年剛過(guò)，油價(jià)又漲了。不斷攀升的油價(jià)、電價(jià)讓人們覺(jué)得能源危機(jī)似乎越來(lái)越近了。風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能等理所當(dāng)然地成為最早被開(kāi)發(fā)利用的能源。但這些新能源在巨大的社會(huì)需求面前,如同杯水車(chē)薪,遠(yuǎn)不能滿足需要。

　　現(xiàn)在有一種技術(shù)可能將徹底地解決能源危機(jī)，一種無(wú)限量、安全、清潔的能源正在被研制，這就是人造太陽(yáng)。聽(tīng)到這樣的消息人們難免心生疑問(wèn)，不會(huì)是開(kāi)玩笑吧，太陽(yáng)可以人造？

　　這不是天方夜譚，更不是神話里的故事。

　　能量之源

　　在中西方的神話里，都有盜取天火、造福人類(lèi)的傳說(shuō)。太陽(yáng)，這個(gè)高懸九天之上源源不斷噴薄光熱的星球是為人類(lèi)帶來(lái)美好光明生活的象征。隨著科學(xué)的進(jìn)步,人們知道神秘的“太陽(yáng)神”不過(guò)是一顆普通的恒星。但是太陽(yáng)之火是怎么燃燒的？

　　太陽(yáng)產(chǎn)生的能量主要靠輻射的形式傳遞給地球。太陽(yáng)核心的溫度極高，達(dá)到1500萬(wàn)攝氏度，3000多億個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。太陽(yáng)中心區(qū)的物質(zhì)密度非常高，每立方厘米可達(dá)160克。在太陽(yáng)自身強(qiáng)大重力吸引下，太陽(yáng)中心區(qū)處于高密度、高溫和高壓狀態(tài)，使得由氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)得以發(fā)生，氫原子核聚變成氦原子核，并放出大量能量。幾十億年來(lái)，太陽(yáng)猶如一個(gè)巨大的核聚變反應(yīng)裝置，無(wú)休止地向外輻射著能量。

　　核聚變能是兩個(gè)較輕的原子核結(jié)合成一個(gè)較重的原子核時(shí)釋放的能量，產(chǎn)生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛的分布在水中，每一升水中約含有30毫克氘，通過(guò)聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油的熱能。

　　1952年11月1日,太平洋小島比基尼的上空出現(xiàn)一個(gè)耀眼的“小太陽(yáng)”,那是美國(guó)成功炸響了世界上第一枚氫彈。氫彈很小,但它釋放的能量卻相當(dāng)于幾十顆原子彈,產(chǎn)生了地球上從未有過(guò)的超高溫,變成超級(jí)恐怖的大規(guī)模殺傷性武器。但是氫彈也帶給人希望,因?yàn)檫@就是成功進(jìn)行的“熱核反應(yīng)”，只是不可控制的瞬間爆炸。從那個(gè)時(shí)候開(kāi)始，科學(xué)家設(shè)想，如果實(shí)現(xiàn)人工控制下氫元素的核聚變反應(yīng)，那么在地球上同樣可以創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)具有不竭能量的人造太陽(yáng)，然后源源不斷取出它的核聚變能。

　　20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)和美國(guó)最先開(kāi)始開(kāi)展秘密的可控核聚變研究，但是隨著研究的深入，在技術(shù)和理論層面都遭遇到不同的困難。種種困難讓各國(guó)意識(shí)到，獨(dú)立研究突破存在難題，開(kāi)展國(guó)際合作是必由之路。

　　ITER計(jì)劃

　　“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃”是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克，俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”。ITER的投資和建設(shè)規(guī)模之龐大，交叉學(xué)科種類(lèi)之多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備之復(fù)雜，都決定了它必須由多國(guó)合力完成。

　　1985年，作為結(jié)束冷戰(zhàn)的標(biāo)志性行動(dòng)之一，前蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈?duì)柊蛦谭蚝兔绹?guó)總統(tǒng)里根在日內(nèi)瓦峰會(huì)上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動(dòng)“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）”計(jì)劃。ITER計(jì)劃的目標(biāo)是要建造一個(gè)可自持燃燒的托可馬克核聚變實(shí)驗(yàn)堆，以便對(duì)未來(lái)聚變示范堆及商用聚變堆的物理和工程問(wèn)題做深入探索。2003年1月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)我國(guó)參加ITER計(jì)劃談判。2006年5月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)ITER談判聯(lián)合小組代表我國(guó)政府與歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)共同草簽了ITER計(jì)劃協(xié)定。截至目前，ITER計(jì)劃總共展開(kāi)7個(gè)方面的研究，已經(jīng)有33個(gè)國(guó)家參與這個(gè)計(jì)劃。

　　多國(guó)參與也帶來(lái)了一些麻煩。ITER定址東道國(guó)將在未來(lái)10年投資期內(nèi)取得這場(chǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的主導(dǎo)權(quán)，在高科技研發(fā)和國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的提升方面具有帶動(dòng)作用，無(wú)疑具有十分重要的戰(zhàn)略影響。在巨大投入可能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益和政治角力之下，各國(guó)選址之爭(zhēng)一度讓ITER停滯。

　　2008年，法國(guó)馬賽附近的卡達(dá)拉舍鎮(zhèn)終于擊敗了日本青森縣的六所，在長(zhǎng)達(dá)18年之久的ITER選址戰(zhàn)中勝出。ITER這個(gè)繼國(guó)際空間站、伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)等之后的又一超大型國(guó)際科技合作項(xiàng)目最終落地。ITER項(xiàng)目預(yù)期要持續(xù)30年，前10年作為工程建設(shè)期，后20年作為試驗(yàn)運(yùn)行期。

　　人造太陽(yáng)在中國(guó)

　　我國(guó)核聚變能研究開(kāi)始于上世紀(jì)60年代初，經(jīng)過(guò)多年持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，已經(jīng)建成發(fā)展中國(guó)家最大的現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)研究所。

　　我國(guó)對(duì)于核聚變的研發(fā)一直以實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兡転橹饕繕?biāo)。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，集中選擇了托克馬克為主要研究途徑，先后建成并運(yùn)行了小型CT-6、KT-5、HT-6B（ASIPP）、HL-1（SWIP）、HT-6M（ASIPP）及中型HL-1M（SWIP）。自1991年，我國(guó)開(kāi)展了超導(dǎo)托克馬克發(fā)展計(jì)劃（ASIPP），探索解決托克馬克穩(wěn)態(tài)運(yùn)行問(wèn)題。1994年建成并運(yùn)行了世界上同類(lèi)裝置中第二大的HT-7裝置。

　　由中國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST（原名HT-7U）核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，2006年成功完成首次工程調(diào)試，2007年3月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。

　　2012年4月19日，我國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置中性束注入系統(tǒng)完成了氫離子束功率3兆瓦、脈沖寬度500毫秒的高能量離子束引出實(shí)驗(yàn)。這標(biāo)志著我國(guó)自行研制的具有國(guó)際先進(jìn)水平的中性束注入系統(tǒng)基本克服所有重大技術(shù)難關(guān)。

　　2013年1月5日，中國(guó)科學(xué)院合肥等離子體物理研究所承擔(dān)的大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置又獲重大實(shí)驗(yàn)成果，其輔助加熱工程的中性束注入系統(tǒng)在綜合測(cè)試平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)100秒長(zhǎng)脈沖氫中性束引出，初步驗(yàn)證了系統(tǒng)的長(zhǎng)脈沖運(yùn)行能力。這標(biāo)志著中國(guó)在中性束注入加熱研究領(lǐng)域又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

　　盡管就規(guī)模和水平來(lái)說(shuō)，我國(guó)核聚變能的研究和美、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家還有不小的差距，但是有自已的特點(diǎn)，也在技術(shù)和人才方面為參加ITER計(jì)劃做了一定準(zhǔn)備。這使得我們有能力完成約定的ITER部件制造任務(wù)，為ITER計(jì)劃作出相應(yīng)的貢獻(xiàn)，并可能在合作過(guò)程中全面掌握聚變實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)。

　　現(xiàn)在距當(dāng)年的氫彈爆炸60多年了，盡管世界上許多國(guó)家建起了核電站，但是依然沒(méi)有一座核聚變的電站建成，全世界都在為建立一個(gè)能夠控制核聚變的裝置而努力。在30多個(gè)國(guó)家建造的大大小小上百個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上，每一次放電時(shí)間的延長(zhǎng)，人們都為之興奮；每一次溫度的提高，人們都為之歡呼。因?yàn)檫@看似小小的進(jìn)步，意味著離聚變能的應(yīng)用更近了一步。

　　科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼曾表示，核聚變實(shí)驗(yàn)堆能夠完成實(shí)驗(yàn)供人類(lèi)生活大概得20年到30年以后才能見(jiàn)到最初的成效。

　　再長(zhǎng)的路也會(huì)有盡頭。中國(guó)核工業(yè)西南物理研究所聚變科學(xué)所所長(zhǎng)劉永就曾經(jīng)說(shuō)，在本世紀(jì)，中國(guó)造的“人造太陽(yáng)”肯定能成功誕生。

來(lái)源：中國(guó)經(jīng)濟(jì)和信息化

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