合肥“人造太阳”，7000万℃的高温下运行17.6分钟，水平如何？

如果有一天，太阳熄灭了，我们应该怎么办？想象一下地球陷入黑暗，植物无法进行光合作用，地球的气候陷入癫狂，人类就这样进入毁灭状态吗？当然不会，宇宙的太阳熄灭了，我们还有人造太阳。

太阳是颗巨大的火球

与其说叫人造太阳，不如说是一个可控的核电站，它模拟现在太阳的工作原理，进行着核聚变反应，释放大量的能量。太阳的能量多半都是以热能的形式散发，而人造太阳可以转化成人类想要的能量。有了它，我们不仅不用担心有一天能源耗尽，甚至还不用担心太阳熄灭。那么人造太阳，是怎么一回事呢？

人造太阳想象图

太阳

太阳是宇宙中一颗普通得不能再普通的恒星，无论是大小、质量、还是所在的位置，都没有什么特别之处，就连年纪也不算太大，46亿岁的它还是一个正当盛年的年轻恒星，它还能再熊熊燃烧大约50亿年。

旋转的太阳

太阳的表面温度高达6000摄氏度，内核更是有1600万摄氏度。那这些能量都是哪里来的，总不能是太阳凭空发热吧？太阳散发的热量，来自它拥有的氢能量。是的，整个太阳系最重的天体，占据99%以上质量的太阳，居然是最小的氢组成的。

太阳内部结构

氢是宇宙诞生的第一个元素，也是元素之王，之后的一切都是在它的基础上形成的，宇宙中自然进行的元素合成，会一直持续到26到28号元素，越往后走就越困难。可以说，没有氢元素就没有之后的整张元素周期表。氢拥有最简单且最原始的原子结构，一个原子核一个电子。但是它却可以结合成为一个新的原子——氦原子。

氢原子结构示意图

这种由小原子结合成为大原子的过程叫做核聚变，这也是太阳发光发热的最主要原因。太阳就是一个巨大的核反应堆，无时无刻不在进行聚变反应。既然知道了它的原理，人类可以模拟一个太阳发热系统。氢是地球上含量最多的元素，早在1939年人类就已经知道了原子核的能量，之后解锁了核聚变，造出了氢弹。核能作为未来的主要能源，人造太阳计划自然就提上了很多掌握核技术的国家的日程。

核聚变过程

人造太阳

人造太阳的本质就是一个热核聚变实验堆，属于核技术范畴。一听到核，很多人的脸色都变得难看了，因为这是一项可怕的技术。它的确可以带来化石能源无法比拟的能量，可同时，它的破坏能力也是有目共睹的。

核辐射包括α粒子、β粒子、γ射线和中子射线

核技术最令人畏惧的一点就是辐射，并且这个辐射不会短时间内就消散，会在空气、建筑中存留很久，任何有机生命体在辐射中都会遭遇基因突变。这种突变是不可逆的，直接改变了一些生物的外在特征，出现奇奇怪怪的病。人类历史上有两次严重的核辐射事件，一次是二战的广岛长崎，第二次就是前苏联的切尔诺贝利核电站事故。

切尔诺贝利核电站事故

那么人造太阳是人类自掘坟墓吗？当然不是，人造太阳使用的是核聚变技术，原材料是氢原子。原子弹、部分核电站使用的核裂变技术，原材料是重原子铀、钚等，本身就具有一定的污染性。

人造太阳使用的不是简单的核聚变，而是可控核聚变，也就是可以随时开始随时停止。氢原子可以从海水中提取，真正做到了无穷无尽。

人造太阳的核心是全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），是前苏联在20世纪50年代发明的。它是一个环形磁约束受控装置，可在上面进行核聚变反应，相关结果以短脉冲形式产生，如何进行连续的反应是需要攻克的关键。在装置内部的真空室内加入氢的同位素氘或者氚，然后装置运作，这时会产生等离子体。在高速运转中发生核聚变反应。

全超导托卡马克装置

人造太阳的利用率仅仅为7‰，是所有能源中利用率最低的，可是产生的能量惊人，一升海水参与核聚变产生的能量相当于大约300升汽油。更重要的是，原料很容易就可以得到，也没有限量。核裂变的材料铀、钚等，不仅在地球上含量少，还存在着危害，因为它们本身就是放射性元素。

重大突破

2021年12月30日，中科院合肥研究所传来喜讯，中国的人造太阳装置在7000万℃的情况下持续了17.6分钟。这是世界上首个人造太阳装置产生的脉冲超过千秒记录。这在世界范围内处于最先进的水平！

EAST全超导托卡马克核聚变实验装置主机

前面说到过人造太阳的核心是全超导托卡马克核聚变实验装置，只能产生短脉冲，各国的研究所都想要把脉冲的时间延长。上个世纪九十年代，欧盟、美国以及日本相继在这方面取得了进步。我国在人造太阳的装置上起步比较晚，最初还只能将原苏联T7改成HT-7。

2000年，我国全超导托卡马克核聚变实验装置计划开始筹备落实。经过近10年的努力，终于得到了我们自己的核心装置。

全超导托卡马克核聚变实验装置

由于这个装置呈现环形，因此中国的人造太阳又被称作东方超环。2006年建成并投入运行。它是世界上第一个非圆截面的全超导托卡马克核聚变实验装置。仅仅建成三年后，2009年，东方超环首轮物理放电实验成功。

2016年，装置在5000万℃的高温下打破了世界纪录。后来又创造了新的世界纪录，可重复1.2亿℃101秒和1.6亿℃20秒。在这之前，世界上的同类型装置在1亿℃左右的温度下只能维持20秒。

中国的人造小太阳模型

东方超环只有国际热核聚变试验堆（ITER）的1/3左右，高11米，直径8米，重400吨。此次能够在7000万摄氏度下运行了17.6分钟，打破了自己在2012年创下的411秒的世界纪录。不仅对于中国今后的核聚变反应有所帮助，还对世界各国的研究送去了参考。

东方超环概述图

东方超环是可控核聚变发电技术，不使用放射性元素，因此没有核裂变反应的危险。如果实验过程出现意外，只需要降温降压，反应过程也会立即停止，就是这么简单。这一次创造新的记录，更是让中国直接进入到了世界领先水平。然而我们并没有就此止步，中国还将再建造一个新的人造太阳，预计在2035年完成正式并正式投入运行。

未来意义

我国为什么要花费这么多精力与金钱在人造太阳上呢？这是因为，在能源紧张的今天，谁先一步掌握新的能源技术，就意味着抓住了未来。

我国每年的耗电量约为7.2万亿度，其中火力发电占总发电量70%以上，这就意味着我国必须燃烧大量的化石能源，这不仅消耗我国的资源，还会产生大量的二氧化碳，污染环境。如果采用人造太阳，虽然它的利用率只有7‰，但胜在其取之不尽用之不竭。

当今世界，化石能源日渐紧张，环境也在进一步恶化，西方国家为了能源撕开了丑恶的嘴脸。然而争来争去，还是在地球之上，只要人类没有离开地球，那么能源耗尽的危险需要全部人类来承担。寻找可以替代煤、石油和天然气的新能源是关键。所有的新型能源中，核能目前最可能取代传统化石能源，唯一的缺点就在于人们对其的掌握还处在研究状态。

核能发电

人类的核武器属于不可控核聚变，而人造太阳属于可控核聚变，安全性提高了许多档次。还有就是，人造太阳的技术，不仅仅可以用在发电上，还可以用作航空航天，成为真正的核动力。能量一直是束缚人造航天器的一大关键，首先是用航空煤油将其发射升空，进入太空后利用太阳能，到了距离太阳很远的地方后，才使用携带的能量。

中国的“人造太阳”装置

目前的核电池技术只能说是初步阶段，所以人造航天器在运行到一定时间后，就会出现电量不够。比如旅行者号的很多零件已经停止使用，就是为了节省电量，把能量用在刀刃上。不过科学家们很悲观地预测，等再过一些时候，它将彻底与人类失去联系。

如果人类可以攻克人造太阳的难关，就可以将这个技术用在之后的探测器上，那么想要飞跃太阳系不再是不可完成的梦想，我们需要的只是花时间等待。

飞奔的太阳系

隐隐的担心

虽然人造太阳使用的是核聚变反应技术，比起核裂变更安全，可并不说明它就百分之一百没有任何问题。它模拟的是太阳，太阳发出的除了热量，还有很多辐射，不然为什么人类不能照射太久的太阳光，不然会患上皮肤癌。即使有臭氧层抵挡了大部分紫外线，依然无法消除其对人体的伤害。

紫外线

既然人类模拟的太阳，那么人造太阳势必也存在负面影响，只是现在还在实验阶段，很多问题还没有出现。我们当然不能等到以后投入使用后出现问题才去解决，那样会造成不可挽回的损失。因此现阶段的研究并不能说明今后的一帆风顺。中国科学家们即使打破了记录，也显得非常低调，因为他们知道未来还有更多的困难要去克服。

核聚变是利用氢的同位素的原子结合成氦原子，最后得到的“废料”是氦原子。但是这个反应中，氢的同位素氘和氚并不会被完全利用而发生反应。

要知道核聚变的利用率只有不到1%，这就让参与反应的水中，总有氘氚原子被剩下，它们具有放射性，一旦这水不小心泄露出去，造成的后果是非常严重的。它会迅速扩散到海洋的各个角落里，而如果是流入了地下水，那么会直接威胁到人类的生存。

人类最后的能源希望寄托在了人造太阳上，它也是我们能否达到一级文明的关键，希望能够在不久的将来，再次听到好消息。