2019年9月26日，在日本举行的国际惯性聚变科学与应用会议上，我国理论物理学家、中国科学院院士贺贤土荣获世界聚变能源领域最高奖——爱德华·泰勒奖，可控核聚变再次进入人们的视野。而在此几个月前，最新一代托卡马克装置“中国环流器二号M（HL-2M）”进入总体安装阶段，它也被称为新一代“人造太阳”。本期小编将带领大家走近核聚变，一探中国“人造太阳”的究竟。
 

可控核聚变，人类能源的圣杯
 

煤、石油、天然气，这些人类赖以生存的不可再生资源终将有一天会被耗尽，人类面临着严重的能源危机和环境危机。从根本上解决这一问题的出路就在于寻找新能源，而可控核聚变被认为是人类未来的终极能源。
 

什么是核聚变？它是指两个轻原子核结合成较重原子核，并伴随巨大能量释放的一种核反应形式。谈到核聚变，很多同学可能会想到核武器。1952年，世界第一颗氢弹爆炸之后，人类制造核聚变反应成为现实，但那只是不可控制的瞬间爆炸。如果只将核聚变用作制造武器，未免有点大材小用。有没有一种办法能将这种毁灭性的力量利用起来呢？科学家提出了可控核聚变。

托卡马克“甜甜圈”，实现可控核聚变

托卡马克是什么？其实它就是一个用来研究核聚变实验的装置。说起托卡马克，不得不提及我国自主设计、研制并拥有完全知识产权的全超导托卡马克东方超环，它是世界上第一个实现稳定高约束达到百秒量级的托卡马克装置。
 

2019年6月5日，可控核聚变研究装置“中国环流器二号M（HL-2M）”进入总体安装阶段。该装置意在通过开展可控热核聚变研究，给人类带来无穷的清洁能源。这种聚变在太阳上已经持续50亿年，因此有人形象地将HL-2M称为“人造太阳”。它的主机部分高11米、直径8米、重400吨，看上去像个大锅炉，由真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。
 

线圈系统是主机的核心部件之一，总重约90吨，其中心柱制造难度大，工艺精度要求极高，高冲击载荷条件下运行寿命要求不低于10万次，在国内尚属首次。
 

主机真空室是另一核心部件，它是为聚变实验量身定制的特殊容器，需要耐受约1.5亿摄氏度的高温，同时承受核聚变反应过程中的复杂电磁力和热应力。为此，研发团队攻克多项技术难题，形成了一批拥有自主知识产权的科技创新成果。
 

在主机的四周，布满了大大小小的辅助加热、诊断、抽气和冷却装置。这个被缠满线圈的巨大圆圈，看上去就像一个超大甜甜圈。

核聚变民用化和商业化尚需等待
 

科学家指出，要实现核聚变的能量增益，使核聚变民用化，必须在极大的压力和极高的温度下才能完成。英国原子能机构首席执行官伊安·查普曼教授认为，其排气系统“经受的温度与压力将与太空飞船重新入轨时差不多”。此外，还需要机器人维护系统，以及自动填料、修复与燃料储存系统，等等。这一切都需要时间。
 

目前，位于法国的跨国项目“国际热核聚变实验堆（ITER）”，是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，合作承担ITER计划的七个成员有欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，投资已达200多亿美元。2019年7月23日，低温恒温器的成功交付，成为ITER计划的里程碑式成就，至此，全球最大核聚变项目已完成了65%。项目发言人萨比娜·格里菲斯说，这一全球首个商业规模的核聚变反应堆项目将在2025年底点火运营，此后还需更长时间才能投入商用。

核聚变反应照耀下的世界令人心驰神往，但走向美好的道路似乎总是漫长的。如果有一天，核聚变真正成为人类的终极能源，我们的后代将由此获得一颗真正的人造太阳，它将带领人类进入一个新的文明阶段，探索更多更神秘的未知。我们坚信，这一天终将到来！

可控核聚变一直被寄予“解决全球能源问题”的厚望，将会成为人类文明的又一个划时代贡献。扫描二维码，一起来围观可控核聚变技术的神秘力量吧！