在這個即將過去的2020年,，我們經(jīng)歷了太多終身難忘的事情,，同時也見證了許多科技上的重要新聞。除了關(guān)于新冠疫情的疫苗和今年紅紅火火的航天新聞之外,，還有一條新聞在年底非常重要,，那就是中國和韓國先后在人造太陽領(lǐng)域取得重大突破。人造太陽,，聽起來是一個非常高端的名詞,。那么，人類要造出什么樣的“太陽”,？人造太陽究竟有何意義呢,？新能源在氣候日益惡化的今天，節(jié)能減排已經(jīng)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn),。在開發(fā)風(fēng)電、太陽能電池的同時,，科學(xué)家們還將希望寄托于另一個重要的能量來源——核反應(yīng),。我們知道,，核反應(yīng)可以產(chǎn)生出巨大的能量，相信任何一個聽說過原子彈和氫彈的人都不會否認(rèn)這一點(diǎn),。現(xiàn)在我們已經(jīng)開始利用核能來發(fā)電了,，比如著名的秦山核電站、大亞灣核電站等,。這些核電站固然提供了許多的清潔能源,，但其中也有一個問題，那就是它們的反應(yīng)原理都是核裂變,。也就是說,，本質(zhì)上講，現(xiàn)在使用的核電站原理都類似于原子彈,。而科學(xué)家目前希望能夠建造的,，是核聚變的發(fā)電站，也就是類似于氫彈的原理,。那么,，同樣是核反應(yīng)堆，為何我們已經(jīng)有了核裂變的發(fā)電站,，還要追求核聚變的發(fā)電站呢,？后者到底有何優(yōu)勢呢？ （圖片說明：秦山核電站）核聚變反應(yīng)堆的優(yōu)勢- 能量：這兩種核電站之間的區(qū)別有一點(diǎn)顯而易見,，那就是能量的釋放,。大家都知道，氫彈比原子彈的威力要巨大得多,，可以想象,，核聚變也能比核裂變產(chǎn)生更多的能量，僅僅1升 海水中所含有的少量的氘,，就足以在核聚變中釋放出相當(dāng)于300公斤汽油燃燒所釋放的熱量,，可見其能量轉(zhuǎn)化率之高；
- 儲量：不僅如此,，核聚變的原料也比核裂變的原料儲量更大,，其主要原料氘（即帶有一個中子的氫同位素）在海水中的儲量達(dá)到了40萬億噸，足夠人類使用一百億年,；
- 安全性：核裂變的反應(yīng)產(chǎn)物中有高速的中子,，具有極強(qiáng)的放射性，這也是核裂變反應(yīng)堆危險的重要原因,；相比之下,，核聚變的產(chǎn)物氦就沒有放射性。此外，核裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，而核聚變則不然,，一旦溫度下降到臨界點(diǎn)以下，就會中止反應(yīng),，這從根本上就杜絕了像切爾諾貝利事件這樣的核災(zāi)難,。
由此可見，核聚變反應(yīng)堆確實是人類未來必不可少的新能源,。那么,，為何它直到今天都還沒有廣泛使用呢？沒有辦法,，因為想要按照人類的意愿使用核聚變來發(fā)電,，目前還是做不到的。可控核聚變理想很豐滿,，現(xiàn)實很骨感,。就像氫彈比原子彈難得多一樣，核聚變的實現(xiàn)也比核裂變難得多,。畢竟我們不能靠氫彈來獲得能量,，而是要讓核聚變按照人類的需求可控、穩(wěn)定地進(jìn)行下去,，也就是所謂的可控核聚變,。首先，我們就要提供足夠高的溫度和壓力才行,。要知道,，氫彈都是要利用小型原子彈來引爆的，可見核聚變對于條件要求之高,。這樣的反應(yīng)在宇宙中其實并不少見,，包括太陽在內(nèi)的恒星核心處都能夠進(jìn)行這樣的核聚變，因此可控核聚變也被稱為人造太陽,。但是,，太陽內(nèi)部的溫度高達(dá)1500萬攝氏度，壓力也是地表大氣壓的3000億倍,，這對于人類來說的確非常困難,。而且，就算提供了這樣的能量和壓力,，用什么樣的容器來容納這些核燃料,，也是一個問題。那么,，人類該如何容納這樣一個極端條件下的人造太陽呢,？超導(dǎo)托卡馬克可以想象,，至少在我們的認(rèn)知中，沒有任何物質(zhì)可能在數(shù)千萬甚至一億攝氏度的條件下還不融化的,。有趣的是：既然沒有任何物質(zhì)能夠容納,，這句話聽起來是個否定句，但科學(xué)家卻把它當(dāng)作肯定句來理解：不如就用“沒有任務(wù)物質(zhì)”來容納它,，那就是真空?？墒菃栴}在于,，我們就在地球上，是受到地心引力的,，就算能打造出高度真空的環(huán)境,，又該如何保證內(nèi)部的核燃料不掉落下來呢？上個世紀(jì)50年代的時候,，蘇聯(lián)莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人提出了一種環(huán)形結(jié)構(gòu),，成為了解決這個問題的答案。我們知道,，宇宙中有四種基本作用力,，其中有兩種長程力，那就是電磁力和引力,。因此,，他們指出：只要我們打造出合理的磁場，就可以通過磁約束將這些等離子體核燃料束縛在真空環(huán)境中,。由于他們設(shè)計的這套裝置包含了環(huán)形（toroidal）,、真空室（kamera）、磁（magnet）,、線圈（kotushka）這幾大要素,，所以他們將這幾個單詞組合在一起，將這種裝置命名為托卡馬克（Tokamak）裝置,。后來,，為了提供更強(qiáng)的磁約束，科學(xué)家們又提出了必須利用超導(dǎo)技術(shù),，所以現(xiàn)在我們開發(fā)的裝置叫做超導(dǎo)托卡馬克裝置,。不過，理論提出來了,，實際實施卻面臨著重重困難,。如今，托卡馬克的概念已經(jīng)提出了70年,，人類卻依然無法真正實現(xiàn)這個裝置,。人造太陽,，依然遙遠(yuǎn)。閃耀吧,，人造太陽,！1985年，為了解決超導(dǎo)托卡馬克裝置的問題,，美,、蘇、歐,、日共同啟動了"國際熱核聚變實驗堆（ITER）"計劃,。2006年，在法國愛麗舍宮,，我國代表正式簽署協(xié)議,，加入到了ITER計劃中。2020年7月28日,，ITER計劃重大工程安裝啟動儀式在法國該組織總部舉行,。在人造太陽領(lǐng)域，我國可以說是走在了世界的前列,，多次取得重大突破,。最近的一次大家可能也聽說過，就是在2020年12月14日,，位于成都的新一代“人造太陽”——中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M） 正式建成并首次實現(xiàn)放電,，在內(nèi)部溫度高達(dá)1.5億攝氏度的恐怖條件下依然保持穩(wěn)定。正所謂是好事成雙,，在我國人造太陽取得新高度之后不久的12月28日,，韓國超導(dǎo)托卡馬克先進(jìn)研究(KSTAR)中心的人造太陽成功實現(xiàn)連續(xù)20秒維持1億攝氏度的運(yùn)行，這創(chuàng)造了全新的世界紀(jì)錄,，將可控核聚變的時間再次延長,。顯然，這個時間仍然不足以穩(wěn)定地實現(xiàn)供電,，但這樣的突破仍然值得慶賀,，這讓我們離可控核聚變又近了一步。可以想象,，如果可控核聚變真的開發(fā)成功,，并且投入商用，那么人類面臨的能源危機(jī)和全球變暖效應(yīng)都將得到完美的解決,。因此,，世界各國也才不遺余力地投入到人造太陽的研究，希望早日夢想成真,。和穿梭宇宙,、長生不老相比,，這樣幾乎無盡的能源看起來離現(xiàn)實更近一些。甚至有科學(xué)家推測,，最早在2040年,，我們就可以用上人造太陽所發(fā)出的電。到那個時候,，人類的科技勢必將會在強(qiáng)大能源的保證下繼續(xù)突破,，實現(xiàn)飛躍。如果科學(xué)家能夠開發(fā)出更小規(guī)模的人造太陽,，那么人類飛出太陽系,，恐怕也不再是一個夢了！
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