六、我国“人造太阳”引发的冲击波

最近几年，世界各国能源界都在关心一件事，就是中国造出了一个“人造太阳”。其性能世界领先，为世界未来的清洁能源发展提供基础。这就是中科院等离子物理研究所经过8年艰苦奋斗建造成的全超导的托卡马克试验装置。所谓试验装置，就是说它还不是真正的可发电的核聚变电站，它的重大意义在于为未来可实用的真正“人造太阳”提供物理原理和技术工艺方面的可行性。

亿万年来，地球上万物靠着太阳源源不断的能量维持自身发展。在太阳的中心，温度高达1500万摄氏度，气压达到3000多亿个大气压。在这种高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地辐射着能量。“二战”以后，科学家模拟太阳中的核爆炸反应，研制出氢弹。其巨大的能量，足以把城市从地球上抹去。正因为这种魔鬼般的力量，才扼制了氢弹的使用。

此后，科学家又想方设法控制这种反应，让它的巨大能量能安全平稳地为人类服务，于是就有了托卡马克装置。近60多年来，世界上研制成各种各样的托卡马克装置100多台，都因为技术难题太多，离实用型样机太远。苏联科学家在20世纪50年代初率先提出磁约束概念，并在1954年建成第一个磁约束装置——形如中空面包圈的环形容器“托卡马克”，又称环流器。

人造太阳示意图

中国托卡马克装置世界领先

2006年8月28日，中科院合肥物理科学研究院等离子体所自行设计、研制的世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置”，在进行的首轮物理放电实验过程中成功获得电流超过200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。这标志着世界上新一代超导托卡马克核聚变实验装置正式投入运行，它的综合性能比国外先进，使我国核聚变研究迈出了一大步。国际聚变顾问委员会给出的评价是：“EAST是世界聚变核能开发的杰出成就和重要里程碑。”

中科院合肥等离子体物理研究所承担的EAST全超导托卡马克实验装置是国家“九五大科学工程”，2000年10月正式获准开工建设，于2005年底完成主机总装以及各分系统研制和安装工作。

托卡马克装置

EAST的科学目标是通过实验研究，为未来建造稳态、高效、安全的实用化托卡马克类型的聚变反应堆提供工程技术和物理基础。该装置集全超导和非圆截面两大特点于一身，且具有主动冷却结构。它能产生稳态的、具有先进运行模式的等离子体，国际上尚无成功建造的先例。

科技人员自主研发、加工、制造、组装、调试的EAST装置的关键部件——超导磁体，以及国内最大的2千瓦液氦低温制冷系统，总功率达到数十兆瓦的直流整流电源，国内最大的超导磁体测试设备等重要子系统，全部达到或超过设计要求。与国际同类装置相比，EAST使用资金最少，建设速度最快，投入运行最早，投入运行后最快获得首次等离子体。

托卡马克装置内部(www.daowen.com)

我国这个全超导核聚变实验装置从内到外由5层部件构成，最内层的环行磁容器像一只巨大的游泳圈；进入实验状态后，“游泳圈”内部将达到上亿摄氏度高温，这是模拟太阳聚变反应的关键部位。

太阳上的聚变反应是不可控的，为了让这种能量为人类所用，需要将能量释放过程变成一个稳定、持续并且可控制的过程。EAST正是起着这一作用。通过磁力线的作用，氢的同位素等离子体被约束在“游泳圈”式磁场中，发生高密度的碰撞，形成核聚变反应，产生巨大的能量。EAST为人们寻找更洁净、更可靠、更长久的能源带来希望。

核聚变燃料能保证供应吗

核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的东西——氘，也就是重氢。仅仅有氘还是不够的，尽管用两个氘可以产生氘—氘反应，它也是氢核聚变的主要形式，但在人类现有条件下根本无法控制氘—氘反应。它太猛烈了，所需要的温度要高得多，除了在实验室条件下一次性实验外，很难让它链式反应下去——那是氢弹一样的威力。还好，人们发现氘—氚反应的烈度要小得多，它的反应速度仅仅是氘—氘反应的1/100，点火温度反倒低得多，适合人类现有条件下利用。

地球上几乎没有氚，怎么聚变

难题出现了，氚不同于氘，地球上几乎没有，现在人类拥有的氚都是人工制造而非天然提取的。人们通常是用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚——它是地球上最贵的东西之一。1克氚价值超过30万美元。这么贵的原料，显然是无法接受的。幸好，上帝又给人类提供了一种好东西——锂，锂的2种同位素在被中子轰击之后，就会裂变，其产物都是氚和氦。到目前为止，人类在重水堆中制造氚，用的就是将锂部件植入反应堆的方法。

其实在核聚变时，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高，正好可以用来轰击锂靶，产生氚，使反应继续进行。

这下好了，我们只需要在核聚变的反应体内保持一定比例的锂原子核浓度，那么，核聚变产生的中子就会轰击锂核，促使锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚则继续参与氘—氚反应，继而产生新的中子，链式反应形成了。所以，理论上我们只需要给反应堆提供两种原料——氘和锂，就能实现氘—氚反应，并且维持进行。

碳酸锂

氘和锂两种原料比较容易取得。氘在海水中的含量比较高，通过精馏法取得重水，然后再电解重水就能得到氘。锂的资源总量虽然不如氘多，但是更容易取得。一方面，海水中含有足够的氯化锂，分离出来即可；另一方面，碳酸锂矿不是稀有资源，更容易获得。

可以想象，到那时，人类所需要的一次性替代能源——核能将是无穷尽的，不会为可持续发展而操心，不会为能源短缺发生军事等冲突，最重要的是不会因为使用化石燃料及其他燃料污染环境。人类将永远解决能源供应问题了。这个美好的梦估计在2050年前后将会实现。