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導(dǎo)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(huì)會(huì)停止發(fā)展嗎？答案是否定的，因?yàn)榇嬖谶@樣一種大科學(xué)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(chǎn)生無窮、永久的清潔能源，為此，中科院SELF講壇聯(lián)合墨子沙龍邀請(qǐng)到中國工程院李建剛院士進(jìn)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(xué)教授 中國磁約束聚變專家委員會(huì)召集人
《plasma science & technology》主編
長期從事聚變研究，在超導(dǎo)托卡馬克工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)、集成、科研等方面取得了多項(xiàng)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(gè)類比：電影《鋼鐵俠》里，鋼鐵俠胸前可發(fā)巨大光束的離子發(fā)射器其實(shí)就是一個(gè)人造太陽。
　　由于仿造原理是太陽內(nèi)部的熱核聚變反應(yīng)，所以稱之為“人造太陽”。當(dāng)把裝置內(nèi)的氣體加熱到上億度之后，它會(huì)發(fā)生巨變進(jìn)而產(chǎn)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(huán)形（Toroidal）、真空室（Kamera）、磁(Magnet)、線圈(Kotushka)。
可大規(guī)模生產(chǎn)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(jìn)普通的容器里，在頃刻之間就能煙消云散。于是科學(xué)家想到一個(gè)辦法——用磁的方法將這團(tuán)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(jìn)行加熱、控制，進(jìn)而成為“太陽”。
　　然而，現(xiàn)實(shí)操作卻異常復(fù)雜。
　　首先，懸浮起這團(tuán)等離子體的火球不是普通的磁場(chǎng)，而是比地球南北極的磁場(chǎng)還要高兩萬倍以上的一個(gè)巨大磁場(chǎng)。
　　有了磁場(chǎng)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?cè)诤Ｋ锖看?，資源無限豐富。而且聚變之后的產(chǎn)物就是能源中子和氦氣，完全不含其他高放的廢料。從這個(gè)角度來說，人造太陽作為資源來說是無限的而且絕對(duì)清潔，是可以大規(guī)模生產(chǎn)的。

　　關(guān)于聚變電站的原理，李院士說，首先得有一個(gè)類似籠子的磁體外殼（磁籠子），把它形成一個(gè)等離子體，用超高溫物體使它加熱到上億度，從而能產(chǎn)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(zhuǎn)換成蒸汽，通過蒸汽發(fā)電。
中國的聚變之路

　　過去50年，聚變的發(fā)展雖然不如計(jì)算機(jī)一樣家喻戶曉，但成績還是非?？捎^。尤其是在一些發(fā)達(dá)國家，例如歐洲、美國和日本，他們?cè)谝恍┐笱b置上都同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可控的核聚變。
　　其實(shí)在很多年前，中國也開始做核聚變，托卡馬克最早是蘇聯(lián)人的發(fā)明，在90年代初期，中國用價(jià)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(shí)間把它全部拆掉，又花了兩年的時(shí)間把它裝起來，在這上面做了大量的實(shí)驗(yàn)，成績很不錯(cuò)，在其他國家聚變反應(yīng)時(shí)間只能維持2、3秒鐘的時(shí)候，我們的裝置能多維持60秒鐘。
　　也許有人會(huì)問，為什么聚變時(shí)間這么短，只有兩三秒鐘？
　　李院士說，因?yàn)榇呕\子是用常規(guī)的銅線制作的，耗能大，但未來發(fā)電不可能只在彈指之間，必須是長久的、穩(wěn)定的，所以我們大膽設(shè)想，降低溫度使電阻為零，那么消耗的能量也變?yōu)榱?，我們便能夠輕易得到聚變能量。聽起來很容易，但實(shí)際操作并不簡(jiǎn)單。
造出一個(gè)太陽？難難難，難于上青天！

　　科學(xué)家們遇到的第一個(gè)難點(diǎn)是超導(dǎo)。為了可以長久的、穩(wěn)定發(fā)生聚變反應(yīng)，就要實(shí)現(xiàn)電阻為零，要實(shí)現(xiàn)電阻為零，必須進(jìn)行超導(dǎo)。什么是超導(dǎo)？就是把上億度的磁籠子懸浮在-269度的這樣一個(gè)圓環(huán)里面。
　　第二個(gè)難點(diǎn)是，一旦聚變發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，即使被懸浮起來，它同樣與周邊材料有強(qiáng)相互作用。所以對(duì)可控范圍和時(shí)間要求務(wù)必精確到零點(diǎn)幾毫米零點(diǎn)幾毫秒以下，否則一旦偏心，什么都將付之一炬。
　　解決第一個(gè)難點(diǎn)，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(nèi)要保持真空減少能量損失，內(nèi)部一共有5層真空，類似一個(gè)超大的保溫爐，這樣才能實(shí)現(xiàn)一億度和-269度的結(jié)合。
　　解決第二個(gè)難點(diǎn)的思路是從材料上下手。在聚變裝置里面，匯集了當(dāng)今世界的各種極致技術(shù)，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(shí)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(huán)

　　李建剛院士感嘆道，從能源的需求上來說，中國比任何一個(gè)國家都更加需要能源。雖然我們沒有發(fā)達(dá)國家那么雄厚的資金和研究基礎(chǔ)，但幾任國家領(lǐng)導(dǎo)人都堅(jiān)持我們必須做下去。
　　李建剛院士最早接觸到這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不像現(xiàn)在這樣景氣，即使在全球范圍內(nèi)，從事這個(gè)研究的人也很少，但在10年間，李建剛院士和他的團(tuán)隊(duì)還是突破了諸多難點(diǎn)，創(chuàng)造了幾秒鐘幾百萬度等離子體放電的紀(jì)錄。
　　在九五大工程時(shí)，“人造太陽”這個(gè)提議在國內(nèi)100多個(gè)提議中勝出?！叭嗽焯枴庇?jì)劃要率先在全世界實(shí)現(xiàn)一個(gè)全超導(dǎo)的托卡馬克——東方超環(huán)。保證它能穩(wěn)定持久的進(jìn)行放電，中心溫度比太陽內(nèi)部還要高五到六倍。雖然在當(dāng)時(shí)，這個(gè)計(jì)劃還只是驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的可行性。
　　只有實(shí)驗(yàn)可行性明顯是不夠的。1985年冷戰(zhàn)時(shí)期，里根和戈?duì)柊蛦谭蚬餐嶙h要在地球上建一個(gè)人造太陽，這個(gè)提議是要驗(yàn)證聚變的工程可行性。經(jīng)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(dāng)時(shí)參加的最大的一個(gè)國際合作項(xiàng)目。
　　通過這個(gè)項(xiàng)目，現(xiàn)在國內(nèi)的企業(yè)發(fā)展得非常好，在西安擁有了全世界技術(shù)最先進(jìn)，規(guī)模最大，產(chǎn)量最高的超導(dǎo)公司，一年生產(chǎn)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(tuán)現(xiàn)在能年產(chǎn)15000噸的耐強(qiáng)輻射不銹鋼材料。雖然現(xiàn)在離聚變實(shí)現(xiàn)還有一段距離，但通過國際合作，中間過程的這些技術(shù)都能很好地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中。
未來中國的聚變到底怎么做？60年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用

　　聚變到底什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)？
　　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(fā)電，在50年到60年間能夠商用化。目前已經(jīng)有了初步的聚變堆設(shè)計(jì)圖，它外表看起來像一只大鵬，象征著人類追求聚變的夢(mèng)想，也象征著中華民族騰飛的夢(mèng)想。經(jīng)過今后二三十年的努力，這個(gè)中國制造的人造太陽將會(huì)冉冉升起。
　　李建剛院士提起，自己在上大學(xué)的時(shí)候便擁有這樣一個(gè)夢(mèng)想，那就是在他有生之年造出一個(gè)人造太陽。
　　“美國、歐洲、日本，他們都是發(fā)達(dá)國家，它們被過去文明的光芒所照耀，但這個(gè)世界上還有很多地方是黑暗沉寂的。作為一個(gè)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(fā)展的能源，還要照亮世界上其他沒有被文明照亮的地方！”