導語：
　　煤、石油、天然氣，這些人類賴以生存的不可再生能源，終有一天將被耗盡，人類社會會停止發展嗎？答案是否定的，因為存在這樣一種大科學裝置，未來只需200公斤的重水和鋰就能支撐上海一年的用電量！
　　這不是科幻，這是承載著人類能源希望的 “人造太陽”托卡馬克。它像太陽一樣產生無窮、永久的清潔能源，為此，中科院SELF講壇聯合墨子沙龍邀請到中國工程院李建剛院士進行深度解讀。


---專家介紹---

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
中國科技大學教授 中國磁約束聚變專家委員會召集人
《plasma science & technology》主編
長期從事聚變研究，在超導托卡馬克工程系統的設計、關鍵技術、建設、集成、科研等方面取得了多項重大成果

人造太陽 受控的核聚變裝置

　　什么是人造太陽？托卡馬克又是什么？
　　李建剛院士做了這樣一個類比：電影《鋼鐵俠》里，鋼鐵俠胸前可發巨大光束的離子發射器其實就是一個人造太陽。
　　由于仿造原理是太陽內部的熱核聚變反應，所以稱之為“人造太陽”。當把裝置內的氣體加熱到上億度之后，它會發生巨變進而產生巨大的能量。而這種受控的核聚變裝置叫托卡馬克（Tokamak），名字來源于環形（Toroidal）、真空室（Kamera）、磁(Magnet)、線圈(Kotushka)。
可大規模生產的無限量清潔能源

　　人造太陽有上億度的溫度，若要把它裝進普通的容器里，在頃刻之間就能煙消云散。于是科學家想到一個辦法——用磁的方法將這團上億度的等離子體火球懸浮起來，在不與容器周邊的材料接觸的條件下，進行加熱、控制，進而成為“太陽”。
　　然而，現實操作卻異常復雜。
　　首先，懸浮起這團等離子體的火球不是普通的磁場，而是比地球南北極的磁場還要高兩萬倍以上的一個巨大磁場。
　　有了磁場還不夠，還要考慮懸浮所需的燃料。好在，這種燃料并不難獲得。李建剛院士指出，這種燃料是氫的同位素——氘和氚，它們在海水里含量大，資源無限豐富。而且聚變之后的產物就是能源中子和氦氣，完全不含其他高放的廢料。從這個角度來說，人造太陽作為資源來說是無限的而且絕對清潔，是可以大規模生產的。

　　關于聚變電站的原理，李院士說，首先得有一個類似籠子的磁體外殼（磁籠子），把它形成一個等離子體，用超高溫物體使它加熱到上億度，從而能產生氦和中子。中子跑到包層材料中使它加熱，加熱之后通過水使它轉換成蒸汽，通過蒸汽發電。
中國的聚變之路

　　過去50年，聚變的發展雖然不如計算機一樣家喻戶曉，但成績還是非常可觀。尤其是在一些發達國家，例如歐洲、美國和日本，他們在一些大裝置上都同時實現了可控的核聚變。
　　其實在很多年前，中國也開始做核聚變，托卡馬克最早是蘇聯人的發明，在90年代初期，中國用價值400萬人民幣的羽絨服、瓷器和上好的家具在他們手里換來了1800萬盧布的托卡馬克裝置。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，成績很不錯，在其他國家聚變反應時間只能維持2、3秒鐘的時候，我們的裝置能多維持60秒鐘。
　　也許有人會問，為什么聚變時間這么短，只有兩三秒鐘？
　　李院士說，因為磁籠子是用常規的銅線制作的，耗能大，但未來發電不可能只在彈指之間，必須是長久的、穩定的，所以我們大膽設想，降低溫度使電阻為零，那么消耗的能量也變為零，我們便能夠輕易得到聚變能量。聽起來很容易，但實際操作并不簡單。
造出一個太陽？難難難，難于上青天！

　　科學家們遇到的第一個難點是超導。為了可以長久的、穩定發生聚變反應，就要實現電阻為零，要實現電阻為零，必須進行超導。什么是超導？就是把上億度的磁籠子懸浮在-269度的這樣一個圓環里面。
　　第二個難點是，一旦聚變發生，會產生強烈的沖擊波，即使被懸浮起來，它同樣與周邊材料有強相互作用。所以對可控范圍和時間要求務必精確到零點幾毫米零點幾毫秒以下，否則一旦偏心，什么都將付之一炬。
　　解決第一個難點，首先需要用線圈使它懸浮起來，控制它處于中心位置不偏離。其次，裝置內要保持真空減少能量損失，內部一共有5層真空，類似一個超大的保溫爐，這樣才能實現一億度和-269度的結合。
　　解決第二個難點的思路是從材料上下手。在聚變裝置里面，匯集了當今世界的各種極致技術，而采用的材料，也是世界上最硬的一種合金——鎢合金。在上億度的空間里既要懸浮起來，還要同時防止沖擊波，難度可見一斑。
30年孤島苦鉆研 為什么中國一定要做？


東方超環

　　李建剛院士感嘆道，從能源的需求上來說，中國比任何一個國家都更加需要能源。雖然我們沒有發達國家那么雄厚的資金和研究基礎，但幾任國家領導人都堅持我們必須做下去。
　　李建剛院士最早接觸到這個項目的時候，國內經濟不像現在這樣景氣，即使在全球范圍內，從事這個研究的人也很少，但在10年間，李建剛院士和他的團隊還是突破了諸多難點，創造了幾秒鐘幾百萬度等離子體放電的紀錄。
　　在九五大工程時，“人造太陽”這個提議在國內100多個提議中勝出。“人造太陽”計劃要率先在全世界實現一個全超導的托卡馬克——東方超環。保證它能穩定持久的進行放電，中心溫度比太陽內部還要高五到六倍。雖然在當時，這個計劃還只是驗證了實驗的可行性。
　　只有實驗可行性明顯是不夠的。1985年冷戰時期，里根和戈爾巴喬夫共同提議要在地球上建一個人造太陽，這個提議是要驗證聚變的工程可行性。經過談判，一共有七方參加，歐盟出資45%，中國、日本、美國、韓國、印度各出資9%，總耗資100億歐元。這是中國當時參加的最大的一個國際合作項目。
　　通過這個項目，現在國內的企業發展得非常好，在西安擁有了全世界技術最先進，規模最大，產量最高的超導公司，一年生產150噸線圈短樣，可用于滿足航母起落架的需求。在山西，太鋼鋼鐵集團現在能年產15000噸的耐強輻射不銹鋼材料。雖然現在離聚變實現還有一段距離，但通過國際合作，中間過程的這些技術都能很好地應用于國民經濟當中。
未來中國的聚變到底怎么做？60年內實現商用

　　聚變到底什么時候能實現？
　　李建剛院士表示，希望在十年之后建造中國自己的工程堆來演示發電，在50年到60年間能夠商用化。目前已經有了初步的聚變堆設計圖，它外表看起來像一只大鵬，象征著人類追求聚變的夢想，也象征著中華民族騰飛的夢想。經過今后二三十年的努力，這個中國制造的人造太陽將會冉冉升起。
　　李建剛院士提起，自己在上大學的時候便擁有這樣一個夢想，那就是在他有生之年造出一個人造太陽。
　　“美國、歐洲、日本，他們都是發達國家，它們被過去文明的光芒所照耀，但這個世界上還有很多地方是黑暗沉寂的。作為一個中國人，我希望人造太陽最好而且必須建在中國，不僅為我們國家提供長期發展的能源，還要照亮世界上其他沒有被文明照亮的地方！”

能源終極夢想 科學家“種太陽”

圖文簡介

當賴以生存的不可再生能源被耗盡時，人類怎么辦？未來只需200公斤的重水……