摘要：刘慈欣科幻巨作《三体》，描绘了未来世界的模样——地下建起庞大的城市群，城市穹顶直接传来万米之上的天空图像；汽车在空中飞行不用加油，用于充电的电磁感应充斥着整座城市；化石燃料的停用，让地表环境恢复到工业革命之前的美好景象……

1月15日全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。新华社记者 黄博涵 摄

刘慈欣科幻巨作《三体》，描绘了未来世界的模样——地下建起庞大的城市群，城市穹顶直接传来万米之上的天空图像；汽车在空中飞行不用加油，用于充电的电磁感应充斥着整座城市；化石燃料的停用，让地表环境恢复到工业革命之前的美好景象……

这一切的实现，都源自这项黑科技——可控核聚变。

1月20日，EAST物理实验团队在实验成功后庆祝。新华社记者 周牧 摄

据新华社报道，20日，被誉为“中国人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），实现上亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了新的世界纪录，对人类加快实现可控核聚变发电具有重要意义。

这一新纪录由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所（等离子所）的科研团队创造，被认为是跨越聚变研究从基础科学到工程实践的重大拐点。

如能利用聚变反应在地球上造出一个“太阳”，人类就如同拥有了一座原料不竭且无污染的发电厂，能实现水清天蓝、能源永续，并可利用这种高效能源驱动宇宙飞船飞出太阳系，成为真正的太空文明。

然而，可控核聚变道阻且长。为圆聚变梦，全球科学家已努力了70余载。“人造太阳”蕴含着怎样的能量？创造“亿度千秒”世界纪录后，它距离造福全人类究竟还有多远？

1月20日拍摄的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）控制大厅。新华社记者 周牧 摄

点燃“太阳”

到底什么是核聚变？简单通俗地说，就是将两个原子核强行压缩在一起，融合成一个更重的核。现阶段的核聚变就是将最简单的元素氢的核，压缩融合成氦核，在这个聚变反应过程会损失约0.7%的质量。这些质量会转化为能量，收集起这些能量用于发电，就是当前可控核聚变的目标。

别看只有0.7%，这已经够惊天动地了。根据爱因斯坦质能方程E=mc²，1公斤的物质核聚变过程就能产生9的16次方焦耳的能量，相当250亿千瓦的电力。这种能量释放方式有多么强大，你看氢弹爆炸就能感受到了。

核聚变能源被誉为最清洁的能源，因为它无污染；而且还被认为是无限能源，这是因为相对其他能源而言，核聚变的燃料在地球上很多，月球上也不少，随便抓一把就能发出巨量的电能。

比如说海水，每升海水中含有30毫克重氢，也就是氘，这些氘通过聚变所释放的能量，相当于燃烧340升汽油。根据汽油密度约为0.725换算，一立方米海水的能量就相当于246.5吨汽油。

地球上约有海水137亿亿立方米，作为核聚变燃料就相当于5558万亿吨汽油。2023年全球能源总消费量为211亿吨标准煤，每吨标准煤的热能约为29.3G焦耳。汽油热能比标准煤还要大一些，每吨汽油热能约为32G焦耳，即使按照1：1计算，仅海水转化为的核聚变能源，就可以让人类按照现在的生活方式使用26万年。

现在人类有记载的历史才数千年，核聚变能源能让人类继续使用几十万年，所以相对于今天的人类来说，近乎是一种无限能源。

意义重大

虽然理论上很丰满，现实却非常骨感。

要把原子核们强行扭在一起发生链式反应，非常不容易，需要极大的压力。太阳核心的核聚变就是在1500万℃的温度、2500-3000亿个大气压下进行的。这种压力在地球上是无法实现的，只能通过高温来弥补。

据测算，我们在地球上实现可控核聚变至少要1亿℃以上的温度。这样就出现了几个难以克服的困难——如何才能达到这么高的温度？如此高温的等离子体用什么容器来装？又如何收集利用这种能量？

地球上能耐受温度最高的物质是铪合金(Ta4HfC5)，熔点4215℃。这点温度在核聚变所需的亿度高温面前连零头的零头都不到。科研人员后来发现，用强磁场可以把高温等离子体束缚在一定的空间范围内，这就是磁约束。

而EAST这样的托卡马克装置就是通过通电线圈产生强磁场，进而把高温等离子体约束在一个真空圆环内的聚变装置。等离子所副所长陆坤说，尽管装置本身并不直接接触高温等离子体，但仍然容易损伤。

“参数越高，这些高能粒子肯定会逃逸。一些逃逸的高能粒子可能会打到一些部件上，如果时间长了，部件会有损伤。”陆坤介绍道，“基于材料的不断发展，还有我们运行控制能力的增强，包括从结构上看是否还有更优化的地方，能让其承受更高的热负荷，在这几个方面要一起努力。”

托卡马克装置内发生聚变反应要有功率巨大的辅助加热系统，这就要消耗能量。而聚变开始后，会产生能量，这两者的比值叫做Q值，即聚变增益。Q值大于1，代表产出能量大于消耗能量，也就是净产出。“只要大于1就可以尝试着去发电了，Q值是我们聚变界追求的目标。”据陆坤透露，最终目标是Q值大于30，这样会更有经济性，老百姓才能用得起。

“一个聚变装置至少要达到数千秒量级的高效率稳定运行，才能实现等离子体的自循环，未来的聚变电站源源不断发电才有可能。”等离子体所所长宋云涛说，实现“1亿度1000秒高约束模”意义重大，将聚变能源的研发进程往前推进了一大步。

前景可期

虽然起步较晚，但是近年来“中国太阳”发展势头迅猛，捷报频传。

EAST装置上有核心技术200多项、专利2000余项，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一体。自2006年建成运行以来，等离子体运行次数超过15万次。

2021年5月，EAST创造了1.2亿℃维持101.2秒的记录，同年12月创造了7000万℃维持1056秒的记录；2023年4月12日，又实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。

目前全球在建最大核聚变实验装置，是位于法国南部的ITER。该项目当前有7个成员方、30余个参与国。中国是7个成员方之一，从2009年以来主持了超导导体、磁体等多项制造任务，目前在法国有100余人的团队，是项目建设的主要力量之一，也享有100%的技术成果使用权。ITER投用后，我国可控核聚变技术研发将进一步提速。

同时，我国也在发展新一代“人造太阳”。位于成都的“中国环流三号”2023年首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国磁约束聚变装置运行水平迈入国际前列。

“新一代‘人造太阳’将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术，实现堆芯级等离子体运行，研究前沿聚变物理。为我国开展聚变燃烧实验，自主建造聚变堆奠定坚实基础。”中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所所长钟武律介绍道。

据悉，在EAST所在的合肥市，下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计，未来将瞄准建设世界首个聚变示范电站。许多国际权威人士预测，中国可控核聚变技术很可能会超越一些老牌科技强国，点燃全球商业聚变运用的“第一盏灯”。

来源：潮新闻客户端