回顾：“人造太阳”大磁铁有多强？花10年研制，磁力可将航母吸离地面

前言

我们国家的人民对于太阳一直都有一种很微妙的感情，当别的民族和地区正在崇拜太阳神，感谢太阳给人类赐予温暖时，古人对太阳的态度却是夸父逐日，后羿射日，这也体现了中国传统文化中的一种抗争与追求的精神。

在信教的西方社会中，他们仍有大量的民众崇拜并感恩太阳的存在，而脚踏实地的中华子女，已经在研究如何造出“人造太阳”这条路上一骑绝尘了。

人造太阳构想

2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器2号M装置（HL-2M），已经在成都建成，成功运行并且首次放电。

这个“人造太阳”的装置能产生1.2亿摄氏度的高温，并且持续101秒，这个成绩是美国那产生1亿度只能持续20秒装置的两倍。

这时大家就要问了，什么是人造太阳，为什么要造这么一个人造太阳呢，造出来之后它会不会把地球给烧穿？种种问题将会在文章中找到答案。

中国环流器2号M装置

人造太阳是可控核聚变的基础

首先用一句话总结，人造太阳是一个人类研发可控核聚变时研发出来的一种装置。大家对于核能的了解，基本来源于原子弹的核裂变，现在很常见的核电厂都是利用核裂变的方式来产生能源的。

但是大家都知道，核裂变会产生很可怕高放射性辐射，人如果暴露在这些辐射中，细胞中的DNA就会被破坏，导致细胞大面积死亡和提升细胞癌变的概率。

因为核裂变本质上是通过中子将重核原子撞击开来，被撞散的原子会释放出大量的能量和辐射，而且撞击的原子中也会产生高速中子，以此撞击更多的重核原子，这就是一场连锁反应。

核裂变

通过核裂变的方式，虽然可以产生大量的能量供人类使用，但是核裂变的缺点也十分明显。首先拥有重核原子的物质在地球上极其稀有而且也跟化石能源一样属于不可再生能源，其次核裂变将会产生半衰期十分漫长的高放射性辐射粒子，这些粒子会持续污染周围的土地和水源。

比如众所周知的福岛核电站事件，就是因为原本重重包裹着的核反应堆漏水了，大量辐射迸发出来，根本无法前往维修，也无法终止核反应堆的燃烧过程，就只能用海水持续给核反应堆降温。

小日子过得还不错的日本人不想花高价处理这些被污染的海水，于是就选择道歉后直接将其倾倒在大海中。

福岛核电站事件

由此可见使用核裂变的方式获取能源，并不是一个可持续发展的道路。那么到底什么是核聚变呢，为何要用人造太阳的方式来进行核聚变呢？

答案其实很简单，因为在中国神话中老被虐待的那个可怜太阳，其实就是一个超级大型的核聚变反应堆。所以大家可以先这样简单地理解——核聚变就是造太阳。

接下来就得说一下核聚变的原理，既然带个“核”字，当然一定会涉及到原子层面的操作。根据著名科学家爱因斯坦提出的质能方程E=mc²，当两个高速运动的原子核发生碰撞聚合成一个更重一些原子核时，这个过程中，两个原子的质量将会流失掉一部分，流失的这部分质量就会转化为巨大的能量。而这个新的原子核也将变成一种新的物质。

核聚变原理

现成的核聚变反应堆——太阳，正是因为在重力的作用下，大量的氢原子聚集在一起，这些氢原子在太阳的超强重力和温度的作用下，聚变成更重一些的氦原子，然后氦原子也聚变成碳6原子，一直到太阳中的原子全部聚变为铁原子后，太阳才会停止聚变。

在太阳聚变的过程中，无数的能量被释放出来，形成阳光照射在地球之上，我们需要知道，阳光对人类是不会造成辐射伤害的，这就是因为核聚变并不会产生那些高放射性的辐射。

人类此时已经能够成功在地球上复现出核聚变了，那就是比原子弹更强的氢弹。主要是通过核裂变的方式制造出一个高温高压的环境，然后引发小质量原子进行核聚变。

氢弹试爆场面

但是氢弹是不可控的核聚变，它的唯一功能就只有破坏，在和平年代，氢弹的主要意义在于核威慑，只有将可控核聚变研发出来，才能让人类利用这种强大而且清洁的能量，届时整个人类文明将会进一步提升。

核聚变产生的条件是高温高压，使用原子弹制造高温高压的方法不可能做到“可控”这两个字，而以目前人类的技术，制造出来的高压环境受限于材料，并不理想，因此科学家们只能尽量创造出一个足够高温的环境，这就是为何我们要努力研发出一个人造太阳了。

原子弹爆炸产生的高温环境不可控

人造太阳的运作原理

人造太阳的运作原理相对比较复杂，首先让我们看一下，为什么每次成功点燃人造太阳时都要强调它的运行时间呢，而且每次运行的时间为何都是以秒计算？

大家只要仔细思考一下就能明白，这么高的温度，肯定会影响到周围的环境，用以点火的设备材料很有可能会被极度高温给融化掉，这样的话就被说发电了,保障自己的安全都无法做到。

所以首先我们就需要想办法，找到一种将高温和物体隔绝开来的方法，于是聪明的科学家们立刻就想到的了——磁场。

磁场

制造磁场的方法很简单，我们知道电流是可以产生磁场的，在生活中就有许多使用电磁铁的地方。因此我们只要使用一个铜线绕成一个环形，然后通上电，就能在这个铜线圈的中间产生磁场。

然后科学家们只需要在磁场中加入产生核聚变的原料——氢原子的同位素，氚和氘。然后再给这些同位素加热，然后这些元素就会在铜线圈的磁场中被点燃成等离子体，我们生活中常见的火焰也是一种等离子体。

火焰也是等离子体

紧接着，科学家们把磁场周围的空气全部抽走形成真空环境，在真空环境中的等离子体因为失去介质传输能量，温度就不会影响到周边的环境。所以即便等离子体被加热到1.2亿摄氏度，也不会烧穿包括磁场线圈在内的所有物质。

最后科学家们在利用正在核聚变等离子体散发出来的中子，用来加热水分,通过烧开水的方式将水分转化为水蒸气，利用高温高压的水蒸气推动发电机，将热能转化为电能。所以说人类进化的过程其实就是花式烧开水。

操作原理

但是这就会出现一个巨大的问题，核聚变产生的温度越高，就会需要越多的能量来增强磁场，而磁场的产生主要取决于通过线圈的电量，因此为了发电就必须要投入大量的电。

除此之外，现在的金属由于电阻的存在，无法承受太大的电流，不然金属将会被加热，最终被电流融化掉。这也是为何美国制造核聚变是只能坚持十几秒的原因。

而且当线圈不稳定的时候，磁场也会随之偏移，被磁场包裹着的1亿摄氏度等离子体逃逸出磁场，将会碰到什么就烧穿什么，这会是一个十分危险的后果。为了解决这个问题，我国创新提出了使用超导体材料来创造磁场。

电流太大线圈会不稳定

超导体磁场

超导现象，是此前科学家们的一个重大发现，我们知道所有物质都会存在电阻，区别只在于电阻的大小，即便用来导电的铜线，也会在短路时变得发热发烫，甚至引起火灾。

而科学家们发现，当把金属的温度降到接近绝对零度时，就会出现超导性质，那时的电阻将会变得无限接近于零。也就是说，当人造太阳的磁力线圈电阻能够接近零的时候，就能避免线圈发热、耗电、不稳定等等问题。

因此，这项技术将会出现两个世界之最，把人类能制造的最低温度和最高温度放在同一个设备中。这将是一个无以伦比的难度挑战。

超导现象

因为温度高，其实就是分子十分活跃的表现，温度越高，分子越活跃，当温度上升时，等离子体就会开始到处乱窜，这时就需要用更大的磁力进行约束，如果没能成功约束住，就必然会击中超导体线圈。

零下269摄氏度的超导体与1亿摄氏度的等离子体碰撞会发生什么事，大家可以想象一下用热油炸冰块的场景，大概就是那场面的千万倍激烈吧。

温度的流失主要靠三个方面：①与物体的传导；②通过光线辐射；③温度不同的物体产生对流。

为了控制住这乱窜的温度，中科院的科学家不仅用上了超导体线圈产生磁场，还使用了五层真空的环境，杜绝等离子体产生热量传导。

花费10年、多国共同协作研制，“人造太阳”项目热核试验反应堆ITER等待在法国组装完成，它的“大磁铁”可就太威风了，这个通过超导体线圈创造的磁场，甚至能达到13特斯拉的磁场强度，也就相当于十三万高斯的能量，而我们地球的磁场也才0.3高斯。

“人造太阳”装置

换句话说，这个磁场的强度是地球磁场的四十三万倍，如此强大的磁场，如果做成磁铁，即便是航空母舰这么大的钢铁也能轻松吸起来。

我们的核聚变目标

我们的核聚变目标什么时候能够实现呢？也许大家知道电脑芯片的发展有一个摩尔定律，也就是每隔一段时间新的芯片性能就会提升一倍。

而核聚变的发展也同样有一个相似的定律，只要能做出第一步，就能在一定的时间内做到翻倍的效果。我们国家的可控核聚变已经不仅仅是走出第一步了，而是已经走了三四步，甚至远远领先于其他国家，在这个研发的定律下，未来的核聚变技术将会呈指数级提升，我们很快就能实现可控核聚变的目标。

研究可控核聚变的ITER装置

根据中科院科学家们的计算，我们国家将会在50~60年之间实现可控核聚变并将其商用化，届时我们将不再需要担心能源短缺的问题了，因为核聚变的原料都可以在水中提取出来，一切都将变得更好。

结语

如果我们能够成功实现可控核聚变，那么我们将可以用上清洁而且高效的能源，核聚变反应的产物是安全稳定的氦气和中子，根本不需要担心像福岛核泄漏一样的事件发生。

产物是氦和中子

而且核聚变产生的能量十分高效，仅仅需要一杯水大小的燃料，就能产生出相当于三百升汽油的能量，只要两个核聚变反应堆，就能支撑起整个上海的电量消耗。

从此以后我们再也不需要烧煤发电，也不需要使用燃油汽车，不需要担心汽车尾气会污染环境，也不需要忧虑二氧化碳会导致温室效应加剧了。