中國造“人造太陽”本世紀(jì)將成功誕生

　　年剛過，油價又漲了。不斷攀升的油價、電價讓人們覺得能源危機似乎越來越近了。風(fēng)能、水能和太陽能等理所當(dāng)然地成為最早被開發(fā)利用的能源。但這些新能源在巨大的社會需求面前,如同杯水車薪,遠不能滿足需要。

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

　　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、造福人類的傳說。太陽，這個高懸九天之上源源不斷噴薄光熱的星球是為人類帶來美好光明生活的象征。隨著科學(xué)的進步,人們知道神秘的“太陽神”不過是一顆普通的恒星。但是太陽之火是怎么燃燒的？

　　太陽產(chǎn)生的能量主要靠輻射的形式傳遞給地球。太陽核心的溫度極高，達到1500萬攝氏度，3000多億個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。太陽中心區(qū)的物質(zhì)密度非常高，每立方厘米可達160克。在太陽自身強大重力吸引下，太陽中心區(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，太陽猶如一個巨大的核聚變反應(yīng)裝置，無休止地向外輻射著能量。

　　核聚變能是兩個較輕的原子核結(jié)合成一個較重的原子核時釋放的能量，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)一個耀眼的“小太陽”,那是美國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的超高溫,變成超級恐怖的大規(guī)模殺傷性武器。但是氫彈也帶給人希望,因為這就是成功進行的“熱核反應(yīng)”，只是不可控制的瞬間爆炸。從那個時候開始，科學(xué)家設(shè)想，如果實現(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)造出一個個具有不竭能量的人造太陽，然后源源不斷取出它的核聚變能。

　　20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)和美國最先開始開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。種種困難讓各國意識到，獨立研究突破存在難題，開展國際合作是必由之路。

　　ITER計劃

　　“國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃”是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克，俗稱“人造太陽”。ITER的投資和建設(shè)規(guī)模之龐大，交叉學(xué)科種類之多，實驗設(shè)備之復(fù)雜，都決定了它必須由多國合力完成。

　　1985年，作為結(jié)束冷戰(zhàn)的標(biāo)志性行動之一，前蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈爾巴喬夫和美國總統(tǒng)里根在日內(nèi)瓦峰會上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動“國際熱核聚變實驗堆（ITER）”計劃。ITER計劃的目標(biāo)是要建造一個可自持燃燒的托可馬克核聚變實驗堆，以便對未來聚變示范堆及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。2003年1月，國務(wù)院批準(zhǔn)我國參加ITER計劃談判。2006年5月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，中國ITER談判聯(lián)合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計劃協(xié)定。截至目前，ITER計劃總共展開7個方面的研究，已經(jīng)有33個國家參與這個計劃。

　　多國參與也帶來了一些麻煩。ITER定址東道國將在未來10年投資期內(nèi)取得這場技術(shù)開發(fā)的主導(dǎo)權(quán)，在高科技研發(fā)和國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的提升方面具有帶動作用，無疑具有十分重要的戰(zhàn)略影響。在巨大投入可能帶來的經(jīng)濟利益和政治角力之下，各國選址之爭一度讓ITER停滯。

　　2008年，法國馬賽附近的卡達拉舍鎮(zhèn)終于擊敗了日本青森縣的六所，在長達18年之久的ITER選址戰(zhàn)中勝出。ITER這個繼國際空間站、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際科技合作項目最終落地。ITER項目預(yù)期要持續(xù)30年，前10年作為工程建設(shè)期，后20年作為試驗運行期。

　　人造太陽在中國

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

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

　　由中國自行設(shè)計、研制的世界上第一個全超導(dǎo)托卡馬克EAST（原名HT-7U）核聚變實驗裝置，2006年成功完成首次工程調(diào)試，2007年3月通過國家驗收。

　　2012年4月19日，我國新一代“人造太陽”實驗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驗。這標(biāo)志著我國自行研制的具有國際先進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”實驗裝置又獲重大實驗成果，其輔助加熱工程的中性束注入系統(tǒng)在綜合測試平臺上成功實現(xiàn)100秒長脈沖氫中性束引出，初步驗證了系統(tǒng)的長脈沖運行能力。這標(biāo)志著中國在中性束注入加熱研究領(lǐng)域又邁出了堅實的一步。

　　盡管就規(guī)模和水平來說，我國核聚變能的研究和美、歐等發(fā)達國家還有不小的差距，但是有自已的特點，也在技術(shù)和人才方面為參加ITER計劃做了一定準(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計劃作出相應(yīng)的貢獻，并可能在合作過程中全面掌握聚變實驗堆的技術(shù)。

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

　　科技部部長萬鋼曾表示，核聚變實驗堆能夠完成實驗供人類生活大概得20年到30年以后才能見到最初的成效。

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

來源：中國經(jīng)濟和信息化

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