大家對“核聚變”這個詞或許比較陌生。簡單解釋一下，一切物質都是由原子構成的，質量較小的原子在外界高溫高壓等特定條件下，會發生聚合反應，生成新的質量更重的原子，同時釋放出巨大的能量，科學家們將這一過程稱為“核聚變”。目前，核聚變已成熟應用于氫彈的研究中，此外還有一項重要應用就是我們本節要了解的“人造太陽”。

什么是“人造太陽”

萬物生長靠太陽。太陽已經形成了45億年，它源源不斷地以光和熱的形式向外輻射能量，這些能量傳輸到地球上，維持著水循環、大氣循環、植物光合作用等自然現象。太陽巨大的能量就來自核心區域持續的核聚變反應。

然而，釋放大量能量的同時當然少不了自身質量的損耗。據計算，太陽每秒虧損的質量高達430萬噸！而一頭大象也不過才5噸。因此，科學家想到，如果可以研制一種能夠實現可控的核聚變反應的裝置，使其像自然界中的太陽一樣實現持續的聚變反應，就可以源源不斷地產生核聚變能，從而獲得一顆永不落山的“小太陽”，來克服人類日益嚴峻的能源短缺問題。這項研究也被形象地稱為“人造太陽”工程。

為什么要造“人造太陽”

目前地球上仍然以煤、石油、天然氣為主要能量來源，而它們不可再生，因此未來有枯竭的危險，此外還存在一定的環境污染；而風能、水能、太陽能等新能源又受限于天氣或地理條件等因素，無法持續高效地提供能源。

相比之下，核聚變能作為新能源，具有以下優點：

1.效率高，可持續。以最常見的氘（dāo）氚（chuān）聚變為例，1克氘氚聚變原料產生的能量相當于燃燒8000千克汽油。而原料的來源和儲量都非常豐富——海洋中大約6500個氫原子中有1個重氫（氘），僅僅需要1升海水，就可以通過核聚變獲得300升汽油的能量。

2.安全清潔無污染。核聚變產物是氦（氦氣為空氣的組成成分之一, 無色無味無毒），且無放射性核廢料，對人體不會造成危害。

海水蘊藏豐富的核聚變原料

從“跟跑”到“領跑”——“人造太陽”在中國點亮

1998年7月，中國“人造太陽” EAST正式立項，并于2000年10月開工建設。然而，在20世紀90年代，中國聚變工程技術和超導工業十分薄弱，沒有研制任何相關系統的經歷。雖然核聚變的原理說起來簡單，但開發核聚變能卻是對國家科學與技術實力極限的挑戰，因為這要求依靠人工控制極端且嚴苛的條件。

設計研發初期，“種太陽”團隊走訪了10余家大型制造企業，均因所需設備的設計精度高、制造難度大、國內無相關經驗等原因被告知無法加工。團隊將參數細化成簡明的工程圖紙，手把手指導廠家加工。歷時6年困境中摸索，團隊成功制造出EAST所需的重要組成部分,其工藝和技術指標均達到國際領先水平。

此外，美國曾以核心技術為由禁售建設“人造太陽”所需的高強度零件。越是封鎖，越要超越。面對這個必須解決的難題，科學家團隊從浩瀚的文獻資料中找尋突破口，經過數百種材料比對和上千次實驗，終于攻克了關鍵技術，打破了國外封鎖，制造出國內無生產先例的大尺寸高強度核心零件，將生產成本降低近90%，極大節約了科研經費。

2021年5月28日，EAST成功實現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，而就在半年后的12月30日，EAST成功實現1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，均在當時創造了新的世界紀錄，這標志著中國在國際可控核聚變研究領域內實現了一項巨大突破。科研人員稱新紀錄進一步證明核聚變能源的可行性，也為其邁向商用奠定物理和工程基礎。

“EAST裝置建設，瞄準世界前沿，高標準、嚴要求地完成了國家大科學工程建設任務！”中科院等離子所所長宋云濤自豪地說道。

核聚變與核裂變

首先，從名字中的“聚”和“裂”我們不難看出，核聚變與核裂變是兩種相反的過程。前文說到，一切物質都是由原子構成的，而原子是由原子核和核外電子構成。看了前文的介紹，相信大家對核聚變已經有了一定的了解，下面再來介紹核裂變。

核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質量非常大的原子像鈾（yóu）、釷（tǔ）等才能發生核裂變。這些原子的原子核在相應的外界條件下會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核，同時放出巨大的能量，這些能量又能使別的原子核接著發生核裂變，使過程持續進行下去，這種過程我們稱作鏈式反應。原子核在發生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，簡稱原子能。太陽的產能方式以及氫彈都利用了核聚變的原理，而核裂變主要應用于核電站和原子彈。目前相比于核聚變，核裂變是可控的，因而更安全。

來源: 江蘇青少年科學素質手冊

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