人造太阳(合肥“人造太阳”造的？)
这是网友在网上经常看到的疑惑的问题 。今天，我们一起来解开这个谜团 。
首先，所谓的“人造太阳”并不是某些人想象的拍着脑袋制造一个明亮的小太阳，而是核聚变获得的能量，可以用来发电，也可以作为各种动力源 。说了这些，就应该明白所谓的“人造小太阳”对人类有什么用了 。
毕竟“人造小太阳”是核聚变反应堆 。反应堆是允许核反应在其内部发生的装置，它是指包括建筑物在内的一整套设备系统 。核聚变反应堆为什么被称为“人造小太阳”？这是因为核聚变的原理模仿了太阳 。
包括太阳在内的所有恒星，其核心区域都在不断进行氢核聚变，产生巨大的能量，使恒星变成一个巨大的电离气球，带着光和热，通过电磁辐射不断向Tai 空释放能量 。只有地球能分享22亿分之一的太阳辐射能量，才能养育亿万生命，才能让人感受到美好 。
人类模仿太阳的核聚变模式，在地球上建造核聚变反应装置，不断进行实验 。这类项目或工程俗称“人造小太阳” 。
合肥的“人造小太阳”就是这样一个研究基地 。这个基地成立于1978年9月，前身是合肥受控热核反应研究实验站，后改为中国科学院等离子体物理研究所，简称“等离子体所”，简称ASIPP 。现在，这个研究所进行的受控核聚变研究已经走在世界前列 。
人工核聚变和太阳能核聚变的区别核聚变是目前人类掌握的最大的质能转换技术，但目前人类掌握成熟的核聚变方式还是不可控的，那就是氢弹爆炸 。这种核聚变方式“爆炸”过一次，那是能量的瞬间释放 。除了威慑和战争，它很难用于造福人类社会 。
受控核聚变就是让这种多核能量经历一个缓慢释放的过程，从而可以作为发电的能源，或者作为地面交通、航空空、航天等的优质能源 。说起来，太阳的核聚变也是受控的，可以慢慢燃烧100亿年 。这是因为太阳的核聚变受到引力的约束，即太阳巨大质量的引力向心压力抵抗核聚变巨大的辐射压力 。两种压力形成平衡，使太阳稳定燃烧46亿年，还可以再燃烧54 ~ 64亿年 。
这种重力约束形成3000亿个大气压，使地核产生1500万度的高温 。太阳的核聚变就是在这种条件下继续进行的 。地球上的人类无法制造出这么高的压力，所以要实现可控核聚变，只能想办法提高温度 。通过科学实验和研究，在地球条件下实现可控核聚变至少需要上亿℃的温度 。
核聚变是氢同位素氘和氚的原子核聚合成氦的聚合过程 。要实现这种聚变，需要具备剥离氢原子周围电子的条件，使隐藏在原子中心的原子核暴露出来，原子核相互碰撞聚变，这样氢原子核就会凝聚成氦核，失去约0.7%的质量，转化为能量释放出来 。
一般来说，只要温度达到10万度，原子周围的电子就可以被剥离 。但是，如果原子的外围电子被剥离，核聚变并不意味着会发生核聚变 。这是因为所有的原子核都带正电，同性相斥，原子核之间存在所谓的库仑力，也就是原子核之间的斥力，使它们不接触，不融合 。
为了熔化它们，有必要在不增加压力的情况下再次升高温度 。根据热力学定律，温度越高，粒子的振动就会越剧烈，达到1亿℃，这些粒子的布朗运动就会达到疯狂的程度，以至于在剧烈的碰撞中无可奈何地融合在一起 。
受控核聚变中的困难受控核聚变需要克服两个主要困难:1 .如何约束可控核聚变所需的极高温度，换句话说，什么容器能装这么高的等离子体，让它们不乱跑，不捣乱；2.输出能量怎么能大于输入能量，比例越高越好 。
先说第一个难点 。
地球上所有的物质中，耐高温的合金是铪，熔点4400℃；金属是钨，熔点3410℃；它是非金属碳，熔点为3850℃ 。熔点是多少？当温度这么高时，它融化成液态，然后蒸发 。
地球物质的耐受温度不到10000度，而聚变温度需要10000度，还差得远 。那么什么样的容器可以用来“装”一亿度高温等离子体进行核聚变呢？物质的东西不行，只能找非物质的东西 。根据等离子体的带电性质，科学家们找到了一种磁约束方法 。
所谓磁约束就是设置一个真空磁阱，让高温等离子体被约束在这个磁阱里燃烧 。磁阱可以将高温等离子体与设备无任何接触地隔离，使等离子体不能熔化或汽化设备 。
这种设备俗称托卡马克装置，最早是前苏联发明的 。它是目前世界上最常见的受控核聚变实验装置 。世界上还有很多国家在进行惯性约束实验，这也是实现可控核聚变的一种方法 。有不同的用途，今天就不展开了 。
第二个困难
有了核聚变等离子体的容器，实验就可以开始了 。首先，制作一个能够容纳核聚变等离子体的磁阱需要耗费大量的能量，然后试图让束缚在磁阱中的核燃料温度达到一亿度 。所需的能量称为输入能量，而核聚变能产生的能量输送到装置外部，我们称之为输出能量 。
常识告诉我们，只有核聚变的输出能量大于输入能量，这个核聚变才有造福人类的意义，否则得不偿失 。
科学家称这种输入输出能量的比率为倍增因子，简称Q值 。Q值越大，能量输出越多，效益越好 。经过计算，反应堆装置巨大的建设成本和运行成本，加上输入能量，一般都有一个大于10的Q值，即输出能量是输入能量的10倍以上，才能实现效益 。
说起来容易做起来难 。前苏联在1954年建成第一台托卡马克装置后，用了16年时间做了无数次实验，却未能获得任何能量 。
直到1970年，苏联科学家才第一次从改进的托卡马克装置上获得能量输出，而且输出极小，Q值只有10亿分之一 。虽然只得到这么一点点需要极其精密的仪器才能探测到的能量，但对于全世界的科学家来说，这已经是一个重大突破，这至少说明托卡马克装置是可以产生输出能量的 。这个结果让全世界的科学家看到了可控核聚变的希望和前景 。
世界受控核聚变的发展趋势1970年，前苏联科学家在托卡马克装置中产生能量，为全世界的受控核聚变研究注入了一针强心剂 。所有国家都从沉睡中醒来，成群的蜜蜂建造了自己的大型托卡马克装置 。这些装置主要有欧洲的United Ring -JET，苏联的T20(后来降为T15，但具有超导性)，日本的JT-60，美国的TFTR等
随着实验的进行，Q值的记录不断被刷新 。1991年，欧盟环的受控核聚变反应实现了0.12的Q值；1993年美国TFTR实验Q值达到0.28；1997年9月，欧盟环的Q值达到0.6，之后又增加到0.65 。三个月后，在日本的JT-60实验中，Q值达到1，然后是1.25 。
q值超过1，说明输出大于输入，这又是一个显著的进步 。
世界上许多国家正在联合建造最大的可控核聚变装置 。虽然这个装置主要采用了托卡马克装置的原理，但它不再是通常意义上的托卡马克实验装置，而是一个真正的国际热核实验堆，简称ITER 。这一国际合作项目于2006年启动，中国、美国、俄罗斯、英国、瑞士、印度、日本、韩国和欧盟等27个国家加入其中 。
ITER由超过一百万个组件组成，其中强大的超导磁体有四层楼高，每层重达360吨 。目前，2300人正在这个项目的施工现场忙碌着 。预计2021年完成设备安装，2025年开始等离子体实验，2035年进行氚聚变实验 。目标是产生500兆瓦的热能或200兆瓦的连续电能 。项目总投资200亿欧元 。
项目的Q值目标是> 10，即输出能量达到输入能量的10倍以上 。
中国可控核聚变的进展中国在托卡马克受控核聚变的发展上起步较晚，第一台托卡马克装置于1974年建成 。但通过这几年的努力，实现了弯道超车，领先世界 。
1974年后，中国相继建成了HT-6B和HT-6M常规磁体托卡马克装置 。后来又建成了圆形截面的全超导托卡马克装置合肥超级环(HT-7)和世界上第一台非圆形截面的全超导托卡马克装置东超级环 。核聚变物理实验取得多项国际领先成果 。
2017年7月3日，合肥等离子所传来好消息 。科技人员在EAST实现了1.2亿度稳定长脉冲高约束等离子体运行101.2秒，然后1.6亿度运行20秒 。这是迄今为止世界上最长的托卡马克装置，也是世界上首次实现百秒级的稳定和高约束 。
近年来，中国还在成都建成了中国环流器II M(HL-2M)，这是中国自主研发的新型热核聚变实验堆 。与现有的托卡马克装置相比，HL-2M装置采用了更先进的结构和控制方式 。与EAST装置相比，该装置的体积更小，但等离子体室的体积是原装置的两倍，反应温度可达1.5亿度 。该装置于2020年12月4日建成，并实现首次放电 。
中国科技精英并没有止步于这些成就，也没有满足于参与世界上最大的热核反应堆项目，而是在建设一个更加雄心勃勃的项目:中国聚变工程实验堆(简称CFETR) 。该项目的实施计划是2021年开始建设，2035年完成，开始大规模实验，2050年完成实验 。
本项目的目标是第一阶段实现200 MW的输出功率，然后通过改进在同一套设备上逐步达到1,000 MW的输出功率，使Q值大于25 。这是一个示范工程，是一个样板工程，对我国今后参与国际受控核聚变研究，推动受控核聚变走向社会应用具有重要的指导和借鉴意义 。
为什么人类要花那么多时间发展可控核聚变？究其原因，主要基于两点:第一，人类目前正面临能源危机，需要寻求新的、更好的、更有潜力的能源，才能让人类文明继续前进 。但是，地球上有很多核聚变燃料，可以说是取之不尽，用之不竭；其次，核聚变能源的生产过程完全没有污染，有利于修复和保护被人类破坏的自然环境 。
先说核聚变原料的储备 。
受控核聚变使用的主要原料是氢同位素氘和氚 。这种原料在海水中的存量很大，每升海水可以提取0.03毫克的氘 。这些氘可以通过核聚变产生相当于300升汽油的能量 。全球海水总量为135亿立方米，每立方米相当于300吨汽油，海水中储存的氘相当于4.05万亿吨汽油 。
而且海水中可以提取氚，月球上有大量的氦-3，是核聚变的优质燃料 。月球上的氦-3可以供应人类一万年 。
【合肥“人造太阳”做出来了吗？ 人造太阳】现在人类每年使用的燃料相当于50亿吨石油，所以按照现在的需求，储存在海水中的核聚变燃料可以使用810亿年 。当然，未来人类对能源的需求可能远远大于现在，这一点我们今天不讨论也不展开 。这里的要点是，如果可控核聚变得以实现，人类至少在相当一段时间内不会被能源危机困扰 。
核聚变的另一个特点是不会产生任何污染 。
这比人类已经熟练运用的核裂变能量强多了 。核燃料储量小、加工困难、放射性强等诸多严重污染 。世界上发生了许多污染事故，给人类带来了灾难 。前苏联切尔诺贝利核电站爆炸导致核泄漏，800多万人受害，近10万人直接死亡，27万人患癌症 。
氢核聚变不会产生任何污染，是一种非常清洁高效的能源 。与核裂变相比，具有无可比拟的安全性 。核裂变是重核不断分裂的链式反应过程 。必须严格控制反应速率 。稍有差错，就会失控，导致严重的安全事故 。
切尔诺贝利核电站爆炸是由于操作失误导致核反应失控造成的 。
但是核聚变的连续条件要求很高，对条件的变化很敏感 。只要稍有变化，反应就会终止 。这增加了实现核聚变自持反应的难度，也从另一个方面增加了安全性 。所以在核聚变过程中，如果设备稍有故障，反应就会终止，切断电源核聚变反应就会停止 。这样，核聚变几乎不会导致安全隐患 。
由于可控核聚变有如此多的巨大好处，各国当然都趋之若鹜 。再难也要花大代价开发 。这就是为什么人类几十年来一直在坚持发展，虽然很艰难，但从不放弃 。从目前的发展趋势来看，受控核聚变很可能还要奋斗几十年才能投入民用 。让我们满怀信心地期待吧 。
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