可供人类使用260亿年？中国“人造太阳”，从海水中提取能量！

近日，中国科学院合肥材料科学研究所发布消息称，我国全超导托卡马克核聚变实验装置，又称“人造太阳”，近期将进行升级改造，成功升级后，会像科研目标一样，心部电子温度计1亿℃，100秒长脉冲等离子体的科研目标发起挑战，100秒长脉冲一旦完成，将再次刷新世界纪录。

“人造太阳”

诚如一首儿歌中描述的：

“我有一个美丽的愿望，长大以后能播种太阳，播种一个就够了，会结出许多的许多的太阳，一个送给南极，一个送给北冰洋，一个挂在冬天，一个挂在晚上……”

如今人类真的实现了“人造太阳”的愿望。

（一）相信大家都知道太阳是怎么形成的。

46亿年前，在空旷的银河壁上，只有一个巨大的分子云漂浮在太空中，而通过一颗大质量恒星的演化进入最后阶段，它引发了超新星爆发。随着这种力的演化，氢发生了热核反应，也就是所谓的核聚变，一颗新的恒星诞生了，形成了太阳系。

太阳系的形成

可以说，太阳才是太阳系真正的主人，它是一颗等离子体形式的巨大恒星，质量相当于1000颗木星，约2 * 1030千克，是地球的33.3万倍，占整个太阳系总质量的99.86%，是月球的2697万倍。著名的旅行者1号深空探测器于1977年发射，它在太空中飞行了42年，没有飞出太阳系，这足以表明太阳系有多广阔。

同时，太阳也是太阳系中温度最高的行星，中心温度高达惊人的1500万℃，其表面温度高达5700℃，内部温度高达2亿度，主要由氦和氢组成。

在太阳内部，有一个热核反应，四个氢原子一直汇聚成一个氦原子，每秒钟释放近400万吨能量。以目前的科技水平，人类是不可能靠近太阳的。毕竟地球上最耐热的金属熔点只有4200度左右，人类还未靠近太阳的表面就已经被烤焦了。

太阳对人类的重要性

在地球上，生命的存在与太阳有着千丝万缕的联系，人类离不开太阳，地球上的一切也是如此。它几乎是一个热等离子体和磁场交织在一起的理想天体。

人类从远古对太阳的敬畏，到逐渐意识到太阳对农作物生长的重要性，再到如今我们对太阳有了更深入的了解，这是一段漫长的岁月历程。

科学家预计，太阳还有长达50亿年的寿命，而随着全球气候变暖，我们还有很多未知的谜团需要解开，比如太阳光对全球气候和人类生活的影响等等。

而构成太阳的化学元素主要是氢和氦，它们在太阳光球层中的质量分别占74.9%和23.8%。因此，所有的重元素在天文学上都被称为金属，但它们只占总质量的不到2%。

可以说，太阳是我们星球上所有起源的能量提供者，也是创造生命的主要条件。

如果有一天我们失去了太阳，会发生什么？

太阳在地球上突然消失的话，人类的感知其实并不明显，而是地球的磁场和地表温度发生的变化比较明显，9分钟就会使依附太阳光的月球黯然失色，直到消失在我们的视线当中。

而当太阳消失5-8天时，地球上的生物所依赖的光合作用所产生的营养，也将会停止，89%的植物会因为地球表面温度下降零下10℃而相序消失，人类只能靠近温暖的火山附近取暖。

而当太阳长期消失达到一年以上，那么地球表面温度将会降至零下100℃，这个时候相信只有还处于温暖液体的海底，能够有生命的存在。

太阳持续消失99年后，地表温度降到零下190℃，大气层急剧收缩，臭氧层消失，地球没有了太阳的保护，将会受到来自于宇宙危险的辐射侵蚀，人类文明的一切痕迹都会被淹没在无尽的冰原之下，这意味着人类时代结束了，到目前为止，没有理由证明地球上仍然存在生命。

根据科学测试，到目前为止，太阳的寿命只过去了一半，如果排除其他因素，太阳可以持续50亿年以上，但只有地球受到节能减排的保护才能实现。

50多亿年，虽然对于寿命100年的人类来说是很长的时间，但人类已经习惯了未雨绸缪，从古至今，随着科学技术的进步，人类取得了很多成就，制造了很多科研设备，尤其是人造太阳的出现。

（二）“人造太阳”是什么？

近年来，国际热核聚变实验堆项目引起了全世界的关注。这个被称为人造太阳的项目肩负着人类未来的命运。

众所周知，一个国家要发展，最重要的就是要跟上资源。目前最主流的资源是石油、煤炭、天然气等不可再生资源，这意味着这些资源使用较少。人类一直在努力寻找可再生资源，而资源的来源是来自太阳。

然而，太阳只有一个。随着全球人口增长和经济发展，能源需求将持续增加，地球上化石燃料储量有限。寻找未来的能源已经成为当务之急。可控核聚变人造太阳是全球新能源发展领域的重点项目，全球发展“人造太阳”已成为必然趋势。

所谓的人造太阳，并不是在宇宙中再造一个太阳，而是在地球上建造一个人工可控的装置，模拟太阳核聚变产生的能量。

相关专家表示，有一种新型能源可以供人类使用260亿年。他们说这种新型能源是人造太阳，可以直接从海水中获取能量。究竟来自什么样的能量？

专家提到的“人造太阳”，其实是指可控核聚变，核聚变的原料是氘和氚，海水中有丰富的氘和氚，从一升海水中提取的氘，在完全聚变反应后，可以释放出相当于燃烧300升汽油的能量。

另一方面，地球的70%是海水，海水是取之不尽的能源。在成都的研究中心，有最新一代的可控核聚变研究装置，它的名字叫‘中国环流器2号M’。

（三）“人造太阳”:难度超乎想象。

(1)核聚变的可控性

中国的全超导托卡马克实验装置“东方超级环”的高温高达1亿℃，太阳核心温度约为1500万℃，比原太阳高6倍。因为它可以模仿太阳的核聚变反应，这个重达360吨左右的大家伙被称为人造太阳。

然而，地球正面临着雾霾的频繁发生，石油等能源消耗的急剧增加给环境带来了巨大的压力，1992年，我国出台了一系列促进环境保护战略部署的政策法规，将清洁生产的发展推向了顶峰。这就要求我们一方面要提高能源利用效率，另一方面要使用可替代的清洁能源。

就这样，掌握使用完全清洁环保的能源成为了科学家们毕生的追求和行动，开发一种高效清洁的新能源成为了世界各国的重点方向。

那么与其他化石燃料不同的是，核能用燃料会产生大量的有害气体，而且燃料成本占比低，所以核能也被很多国家使用。然而，核能在给人类带来巨大利益的同时，也伴随着一定的安全风险。因此，开发一种可控的核聚变能源是全世界科学家都头疼的问题。然而，中国在可控核聚变方面的研究走在世界前列，在核聚变领域的研究也取得了一些成果。

从核裂变到核聚变，从不可控到可控，看似仅仅只有一字之差，难度却是难以想象的。

(2) 1亿高温容器

稳定的太阳核聚变是由于其内部不仅有超过1500万摄氏度的高温，而且还有大约3000亿个大气压的超高压。然而，地球无法达到如此高的压力，所以我们必须在高温下努力工作，需要将温度提高到数亿摄氏度。

先不说怎么产生这么高的温度，即使有，也很难找到容器来存放即便是地球上最耐高温的金属材料钨，在3000摄氏度以上也会熔化。

面对这样的难题，科学家们想尽了办法，并且开始对磁约束技术路线的一系列探索，到了20世纪60年代，苏联的科学家提出了托卡马克方案，成果惊人。

托卡马克也来自环形、真空室的、磁线圈。具体来说，托卡马克的核心是磁场，它是利用磁约束实现磁约束聚变的环形容器。托卡马克的中心在环形真空室的外面，在那里缠绕几组一定形状的线圈，产生一定的螺旋磁场，可以将等离子体约束在里面，尽可能地与外界隔绝。

这样通过感应中性束、离子回旋加速器、共振、电子回旋加速器、共振的杂波，可以将等离子体加热到上亿度的高温，从而达到核聚变的目的。

目前，很多国家都研制了人造太阳，其中也只有中国、韩国是世界上仅有的两个磁约束全超导托卡马克核聚变实验装置。

中国可控核聚变技术

我国的东方超环是中国科学院合肥材料科学研究所等离子体物理研究所，而我国第四代核聚变实验装置，就是该所自主研制的磁约束核聚变实验装置。

2006年，该装置首次成功放电，至今已成为全球首个投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，标志着我国在核聚变研究方面走在世界前列，关键技术100%国产。

2007年2月，中国东方超环产生了持续近三秒的200 kA等离子体放电。

2020年4月，中国东方超级环首次实现，一次持续近十秒，这是中国太阳取得的重大突破，创造了新的世界纪录。

在中国，国际热核聚变实验堆项目之外自主建设的核聚变实验堆项目已经启动，即将启动二期。

中国核聚变实验堆项目于2017年在合肥正式启动工程设计，该实验堆是中国自主设计开发、国际合作共同合作的重大科学项目，在以全面消化吸收国际热核聚变，这一实验堆相关技术的基础上，提前开展下一代超导聚变堆研究，将是我国的一项重大工程。

未来十年，我国将重点对东方超环和中国环行器二号两大主要器件进行高水平实验研究，中国环行器二号首次放电前不久在成都启动，标志着我国核电研究能力再次取得重大进展。

中国环行器二号

中国环托卡马克堆是目前国内最大、最先进的磁约束聚变实验研究装置，具有更强的二次加热能力，而约束聚变装置的不稳定性通常会随着尺寸的增大而变得更加严重。

然而，中国环流器第二部分的大功率加热系统可以通过提高等离子体温度和控制等离子体行为来有效地控制磁流体的不稳定性，最高核心温度可达1.5亿摄氏度，约为太阳核心温度的十倍，等离子体温度甚至有望超过2亿摄氏度。

（3)地球上无法获得巨大的压力。

如果压力不够，温度可以弥补。1摄氏度的理想高温加上超强磁场也可以完成核聚变，提取海水中丰富的元素氘和氚，在托卡马克中加热，形成等离子体。可惜目前高温只能持续10秒左右，我国下一个目标是100秒。

也许30年后，核聚变发电厂的第一个电流点亮的灯泡将在中国，我们将最终实现人类终极能源的梦想。

在“人造太阳”的过程中，解决了很多问题，其中环保是最重要的，其中废液处理的解决方案就是解决方案。传统的废液处理根本不能保证环保。

对于最棘手的废液处理问题，有一种解决方案——等离子焚烧技术。

这种等离子体的火焰中心温度可以达到10000度，地球上没有任何物质可以承受它的直接燃烧，点燃火焰只需要电，甚至燃烧都不需要氧气。最初，5，333，601%的混凝土用于密封垃圾填埋场，经过他们的处理，化学废物的体积不仅减少了30多倍，而且一些产品甚至可以用作建筑材料进行二次利用。像这样的高科技应用技术在制造“人造太阳”的过程中有很多，比如集成电路、等离子开关电源、真空镀膜汽车车窗的离子注入等等。

这些技术都源于研究所的人造太阳，作为一项重大的科学工程，其显著特点是强烈依赖于多学科的发展，自身的发展能够促进这些学科的发展，这是融合学科的一个特点。

这意味着聚变能在未来会实现，聚变能产生的产值有可能不是制造“人造太阳”过程中的中间技术，对社会经济发展的影响会更大。

人造太阳原理

核聚变反应堆也叫“人造小太阳”，这是根据太阳本身具有的核聚变反应堆来模拟，而聚变的反应，是根据大量的氢同位素氘和氚，在太阳高温高压的环境下，不断碰撞而发生的聚变反应，这也是热量产生的光，点亮整个太阳系的原因。

人工核转变与核聚变、核裂变在核反应方程式上的区别：

人工核转变：N+He→O+H，Be+He→C+n。

核聚变：H+H—→He+10n+1.76×10eV

核裂变：U+1n=Ba+Kr+2n

首先我们要知道“人造太阳”并不是真的小太阳，而只是利用了太阳的原理，聚变的原理是放出光和热，而太阳是一个持续的能量释放，而人造太阳的最终目的就是像太阳一样通过这种持续的聚变反应释放出持续的热能，从而为人类服务。

光是太阳的体积就比地球大n倍，人们可以制造出一个太阳能，这不是在中国西北的最深处，而是有一座耗资30亿的建筑，被称为另一个世界的最高建筑，它在中国诞生时也被称为人造太阳。人造太阳的组成来源于光，是由12000束光组成，也是中国第一个超级镜电站。

这个电站的建设由12000面镜子和基础油组成，控制镜子聚集的太阳光产生光和电，为每个人的生活提供能量。

那么，这种构造的原理可以理解为：要在开阔的地面上建造一个可以集热的建筑，就要在建筑上建造一个吸收器，然后，通过在建筑周围设置一个多向反射镜，太阳光通过反射传递到吸收器上，然后被建筑内的吸收器加热，然后变成高温蒸汽，再驱动汽轮机发电。

天空中有一个太阳，我们为什么要再造太阳？

目前世界上唯一掌握人造太阳技术的国家是中国，我国建造人造太阳的初衷并不是为了禁止太阳，而是为了将来更好地控制可控核聚变。

通过核聚变反应，我们可以持续稳定地输出能量，最终解决人类的能源问题，从而造福人类。

通俗地说，“人造太阳”可以把破坏性武器“驯化”成可以开关的“火炉”，为人类服务。

我国最新一代人造太阳——中国环流II M装置，是我国参数最高的人造太阳装置，也是实现我国核聚变能源发展跨越式发展的重要支撑装置。它的成功运行标志着我国科研人员突破了热堆、快堆到聚变堆三大难题中的最后一个，实现了从核裂变到核聚变，从不可控到可控的开创性工作。

有了可控核聚变，人们可以建造核飞船，从而实现行星际旅行。这项技术的成功不禁让人想起前几天嫦娥五号从月球带回月球土壤的消息。为什么要挖？归根结底，是为了获得核聚变燃料。

现在，新一代人造太阳的成功表明了我国对核聚变研究的决心和信心。我们可以期待未来会有更多类似的研究。在过去的十几年里，随着科技的进步，人们离梦想的世界越来越近。

目前，中国在这两个关键领域都取得了突破，对人造太阳的研究多次打破世界纪录，领先于其他国家的竞争。

总结

看到我们的祖国如此强大，我们感到自豪！人类离人造太阳的实现越来越近了，在中国科学家的不断努力下，我们坚信中国将是未来第一个点亮核聚变之光的国家!