可供人類使用260億年？中國“人造太陽”，從海水中提取能量！

近日，中國科學院合肥材料科學研究所釋出訊息稱，我國全超導託卡馬克核聚變實驗裝置，又稱“人造太陽”，近期將進行升級改造，成功升級後，會像科研目標一樣，心部電子溫度計1億℃，100秒長脈衝等離子體的科研目標發起挑戰，100秒長脈衝一旦完成，將再次重新整理世界紀錄。

“人造太陽”

誠如一首兒歌中描述的：

“我有一個美麗的願望，長大以後能播種太陽，播種一個就夠了，會結出許多的許多的太陽，一個送給南極，一個送給北冰洋，一個掛在冬天，一個掛在晚上……”

如今人類真的實現了“人造太陽”的願望。

（一）相信大家都知道太陽是怎麼形成的。

46億年前，在空曠的銀河壁上，只有一個巨大的分子云漂浮在太空中，而透過一顆大質量恆星的演化進入最後階段，它引發了超新星爆發。隨著這種力的演化，氫發生了熱核反應，也就是所謂的核聚變，一顆新的恆星誕生了，形成了太陽系。

太陽系的形成

可以說，太陽才是太陽系真正的主人，它是一顆等離子體形式的巨大恆星，質量相當於1000顆木星，約2 * 1030千克，是地球的33。3萬倍，佔整個太陽系總質量的99。86%，是月球的2697萬倍。著名的旅行者1號深空探測器於1977年發射，它在太空中飛行了42年，沒有飛出太陽系，這足以表明太陽系有多廣闊。

同時，太陽也是太陽系中溫度最高的行星，中心溫度高達驚人的1500萬℃，其表面溫度高達5700℃，內部溫度高達2億度，主要由氦和氫組成。

在太陽內部，有一個熱核反應，四個氫原子一直匯聚成一個氦原子，每秒鐘釋放近400萬噸能量。以目前的科技水平，人類是不可能靠近太陽的。畢竟地球上最耐熱的金屬熔點只有4200度左右，人類還未靠近太陽的表面就已經被烤焦了。

太陽對人類的重要性

在地球上，生命的存在與太陽有著千絲萬縷的聯絡，人類離不開太陽，地球上的一切也是如此。它幾乎是一個熱等離子體和磁場交織在一起的理想天體。

人類從遠古對太陽的敬畏，到逐漸意識到太陽對農作物生長的重要性，再到如今我們對太陽有了更深入的瞭解，這是一段漫長的歲月曆程。

科學家預計，太陽還有長達50億年的壽命，而隨著全球氣候變暖，我們還有很多未知的謎團需要解開，比如太陽光對全球氣候和人類生活的影響等等。

而構成太陽的化學元素主要是氫和氦，它們在太陽光球層中的質量分別佔74。9%和23。8%。因此，所有的重元素在天文學上都被稱為金屬，但它們只佔總質量的不到2%。

可以說，太陽是我們星球上所有起源的能量提供者，也是創造生命的主要條件。

如果有一天我們失去了太陽，會發生什麼？

太陽在地球上突然消失的話，人類的感知其實並不明顯，而是地球的磁場和地表溫度發生的變化比較明顯，9分鐘就會使依附太陽光的月球黯然失色，直到消失在我們的視線當中。

而當太陽消失5-8天時，地球上的生物所依賴的光合作用所產生的營養，也將會停止，89%的植物會因為地球表面溫度下降零下10℃而相序消失，人類只能靠近溫暖的火山附近取暖。

而當太陽長期消失達到一年以上，那麼地球表面溫度將會降至零下100℃，這個時候相信只有還處於溫暖液體的海底，能夠有生命的存在。

太陽持續消失99年後，地表溫度降到零下190℃，大氣層急劇收縮，臭氧層消失，地球沒有了太陽的保護，將會受到來自於宇宙危險的輻射侵蝕，人類文明的一切痕跡都會被淹沒在無盡的冰原之下，這意味著人類時代結束了，到目前為止，沒有理由證明地球上仍然存在生命。

根據科學測試，到目前為止，太陽的壽命只過去了一半，如果排除其他因素，太陽可以持續50億年以上，但只有地球受到節能減排的保護才能實現。

50多億年，雖然對於壽命100年的人類來說是很長的時間，但人類已經習慣了未雨綢繆，從古至今，隨著科學技術的進步，人類取得了很多成就，製造了很多科研裝置，尤其是人造太陽的出現。

（二）“人造太陽”是什麼？

近年來，國際熱核聚變實驗堆專案引起了全世界的關注。這個被稱為人造太陽的專案肩負著人類未來的命運。

眾所周知，一個國家要發展，最重要的就是要跟上資源。目前最主流的資源是石油、煤炭、天然氣等不可再生資源，這意味著這些資源使用較少。人類一直在努力尋找可再生資源，而資源的來源是來自太陽。

然而，太陽只有一個。隨著全球人口增長和經濟發展，能源需求將持續增加，地球上化石燃料儲量有限。尋找未來的能源已經成為當務之急。可控核聚變人造太陽是全球新能源發展領域的重點專案，全球發展“人造太陽”已成為必然趨勢。

所謂的人造太陽，並不是在宇宙中再造一個太陽，而是在地球上建造一個人工可控的裝置，模擬太陽核聚變產生的能量。

相關專家表示，有一種新型能源可以供人類使用260億年。他們說這種新型能源是人造太陽，可以直接從海水中獲取能量。究竟來自什麼樣的能量？

專家提到的“人造太陽”，其實是指可控核聚變，核聚變的原料是氘和氚，海水中有豐富的氘和氚，從一升海水中提取的氘，在完全聚變反應後，可以釋放出相當於燃燒300升汽油的能量。

另一方面，地球的70%是海水，海水是取之不盡的能源。在成都的研究中心，有最新一代的可控核聚變研究裝置，它的名字叫‘中國環流器2號M’。

（三）“人造太陽”：難度超乎想象。

(1)核聚變的可控性

中國的全超導託卡馬克實驗裝置“東方超級環”的高溫高達1億℃，太陽核心溫度約為1500萬℃，比原太陽高6倍。因為它可以模仿太陽的核聚變反應，這個重達360噸左右的大傢伙被稱為人造太陽。

然而，地球正面臨著霧霾的頻繁發生，石油等能源消耗的急劇增加給環境帶來了巨大的壓力，1992年，我國出臺了一系列促進環境保護戰略部署的政策法規，將清潔生產的發展推向了頂峰。這就要求我們一方面要提高能源利用效率，另一方面要使用可替代的清潔能源。

就這樣，掌握使用完全清潔環保的能源成為了科學家們畢生的追求和行動，開發一種高效清潔的新能源成為了世界各國的重點方向。

那麼與其他化石燃料不同的是，核能用燃料會產生大量的有害氣體，而且燃料成本佔比低，所以核能也被很多國家使用。然而，核能在給人類帶來巨大利益的同時，也伴隨著一定的安全風險。因此，開發一種可控的核聚變能源是全世界科學家都頭疼的問題。然而，中國在可控核聚變方面的研究走在世界前列，在核聚變領域的研究也取得了一些成果。

從核裂變到核聚變，從不可控到可控，看似僅僅只有一字之差，難度卻是難以想象的。

(2) 1億高溫容器

穩定的太陽核聚變是由於其內部不僅有超過1500萬攝氏度的高溫，而且還有大約3000億個大氣壓的超高壓。然而，地球無法達到如此高的壓力，所以我們必須在高溫下努力工作，需要將溫度提高到數億攝氏度。

先不說怎麼產生這麼高的溫度，即使有，也很難找到容器來存放即便是地球上最耐高溫的金屬材料鎢，在3000攝氏度以上也會熔化。

面對這樣的難題，科學家們想盡了辦法，並且開始對磁約束技術路線的一系列探索，到了20世紀60年代，蘇聯的科學家提出了託卡馬克方案，成果驚人。

託卡馬克也來自環形、真空室的、磁線圈。具體來說，託卡馬克的核心是磁場，它是利用磁約束實現磁約束聚變的環形容器。託卡馬克的中心在環形真空室的外面，在那裡纏繞幾組一定形狀的線圈，產生一定的螺旋磁場，可以將等離子體約束在裡面，儘可能地與外界隔絕。

這樣透過感應中性束、離子迴旋加速器、共振、電子迴旋加速器、共振的雜波，可以將等離子體加熱到上億度的高溫，從而達到核聚變的目的。

目前，很多國家都研製了人造太陽，其中也只有中國、韓國是世界上僅有的兩個磁約束全超導託卡馬克核聚變實驗裝置。

中國可控核聚變技術

我國的東方超環是中國科學院合肥材料科學研究所等離子體物理研究所，而我國第四代核聚變實驗裝置，就是該所自主研製的磁約束核聚變實驗裝置。

2006年，該裝置首次成功放電，至今已成為全球首個投入執行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置，標誌著我國在核聚變研究方面走在世界前列，關鍵技術100%國產。

2007年2月，中國東方超環產生了持續近三秒的200 kA等離子體放電。

2020年4月，中國東方超級環首次實現，一次持續近十秒，這是中國太陽取得的重大突破，創造了新的世界紀錄。

在中國，國際熱核聚變實驗堆專案之外自主建設的核聚變實驗堆專案已經啟動，即將啟動二期。

中國核聚變實驗堆專案於2017年在合肥正式啟動工程設計，該實驗堆是中國自主設計開發、國際合作共同合作的重大科學專案，在以全面消化吸收國際熱核聚變，這一實驗堆相關技術的基礎上，提前開展下一代超導聚變堆研究，將是我國的一項重大工程。

未來十年，我國將重點對東方超環和中國環行器二號兩大主要器件進行高水平實驗研究，中國環行器二號首次放電前不久在成都啟動，標誌著我國核電研究能力再次取得重大進展。

中國環行器二號

中國環託卡馬克堆是目前國內最大、最先進的磁約束聚變實驗研究裝置，具有更強的二次加熱能力，而約束聚變裝置的不穩定性通常會隨著尺寸的增大而變得更加嚴重。

然而，中國環流器第二部分的大功率加熱系統可以透過提高等離子體溫度和控制等離子體行為來有效地控制磁流體的不穩定性，最高核心溫度可達1。5億攝氏度，約為太陽核心溫度的十倍，等離子體溫度甚至有望超過2億攝氏度。

（3)地球上無法獲得巨大的壓力。

如果壓力不夠，溫度可以彌補。1攝氏度的理想高溫加上超強磁場也可以完成核聚變，提取海水中豐富的元素氘和氚，在託卡馬克中加熱，形成等離子體。可惜目前高溫只能持續10秒左右，我國下一個目標是100秒。

也許30年後，核聚變發電廠的第一個電流點亮的燈泡將在中國，我們將最終實現人類終極能源的夢想。

在“人造太陽”的過程中，解決了很多問題，其中環保是最重要的，其中廢液處理的解決方案就是解決方案。傳統的廢液處理根本不能保證環保。

對於最棘手的廢液處理問題，有一種解決方案——等離子焚燒技術。

這種等離子體的火焰中心溫度可以達到10000度，地球上沒有任何物質可以承受它的直接燃燒，點燃火焰只需要電，甚至燃燒都不需要氧氣。最初，5，333，601%的混凝土用於密封垃圾填埋場，經過他們的處理，化學廢物的體積不僅減少了30多倍，而且一些產品甚至可以用作建築材料進行二次利用。像這樣的高科技應用技術在製造“人造太陽”的過程中有很多，比如積體電路、等離子開關電源、真空鍍膜汽車車窗的離子注入等等。

這些技術都源於研究所的人造太陽，作為一項重大的科學工程，其顯著特點是強烈依賴於多學科的發展，自身的發展能夠促進這些學科的發展，這是融合學科的一個特點。

這意味著聚變能在未來會實現，聚變能產生的產值有可能不是製造“人造太陽”過程中的中間技術，對社會經濟發展的影響會更大。

人造太陽原理

核聚變反應堆也叫“人造小太陽”，這是根據太陽本身具有的核聚變反應堆來模擬，而聚變的反應，是根據大量的氫同位素氘和氚，在太陽高溫高壓的環境下，不斷碰撞而發生的聚變反應，這也是熱量產生的光，點亮整個太陽系的原因。

人工核轉變與核聚變、核裂變在核反應方程式上的區別：

人工核轉變：N+He→O+H，Be+He→C+n。

核聚變：H+H—→He+10n+1。76×10eV

核裂變：U+1n=Ba+Kr+2n

首先我們要知道“人造太陽”並不是真的小太陽，而只是利用了太陽的原理，聚變的原理是放出光和熱，而太陽是一個持續的能量釋放，而人造太陽的最終目的就是像太陽一樣透過這種持續的聚變反應釋放出持續的熱能，從而為人類服務。

光是太陽的體積就比地球大n倍，人們可以製造出一個太陽能，這不是在中國西北的最深處，而是有一座耗資30億的建築，被稱為另一個世界的最高建築，它在中國誕生時也被稱為人造太陽。人造太陽的組成來源於光，是由12000束光組成，也是中國第一個超級鏡電站。

這個電站的建設由12000面鏡子和基礎油組成，控制鏡子聚集的太陽光產生光和電，為每個人的生活提供能量。

那麼，這種構造的原理可以理解為：要在開闊的地面上建造一個可以集熱的建築，就要在建築上建造一個吸收器，然後，透過在建築周圍設定一個多向反射鏡，太陽光透過反射傳遞到吸收器上，然後被建築內的吸收器加熱，然後變成高溫蒸汽，再驅動汽輪機發電。

天空中有一個太陽，我們為什麼要再造太陽？

目前世界上唯一掌握人造太陽技術的國家是中國，我國建造人造太陽的初衷並不是為了禁止太陽，而是為了將來更好地控制可控核聚變。

透過核聚變反應，我們可以持續穩定地輸出能量，最終解決人類的能源問題，從而造福人類。

通俗地說，“人造太陽”可以把破壞性武器“馴化”成可以開關的“火爐”，為人類服務。

我國最新一代人造太陽——中國環流II M裝置，是我國引數最高的人造太陽裝置，也是實現我國核聚變能源發展跨越式發展的重要支撐裝置。它的成功執行標誌著我國科研人員突破了熱堆、快堆到聚變堆三大難題中的最後一個，實現了從核裂變到核聚變，從不可控到可控的開創性工作。

有了可控核聚變，人們可以建造核飛船，從而實現行星際旅行。這項技術的成功不禁讓人想起前幾天嫦娥五號從月球帶回月球土壤的訊息。為什麼要挖？歸根結底，是為了獲得核聚變燃料。

現在，新一代人造太陽的成功表明了我國對核聚變研究的決心和信心。我們可以期待未來會有更多類似的研究。在過去的十幾年裡，隨著科技的進步，人們離夢想的世界越來越近。

目前，中國在這兩個關鍵領域都取得了突破，對人造太陽的研究多次打破世界紀錄，領先於其他國家的競爭。

總結

看到我們的祖國如此強大，我們感到自豪！人類離人造太陽的實現越來越近了，在中國科學家的不斷努力下，我們堅信中國將是未來第一個點亮核聚變之光的國家!