以“人造太阳”成功放电，解读什么是可控核聚变，为何如斯主要？_头条

12月4日，成都西南角，我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置（HL-2M）”正式建成放电，标志着我国正式跨入全球可控核聚变研究前列。而目前，世界上关于可控核聚变研究最著名的当属国际热核聚变实验堆计划（ITER），该计划自2006年联合签署，涉及35个国家通力合作，预计将在2025年实现第一次等离子放电。就在全世界可控核聚变研究正如火如荼之时，中国已悄然发力，在该领域率先实现重大突破

那么什么是可控核聚变，为什么世界各国争相参与研究？

可控核聚变依然属于核聚变范畴，核聚变就是利用原子核聚变反应来产生能量，而可控核聚变，顾名思义，就是可以利用惯性约束或者磁约束等方式使之发生可控的、安全的核聚变反应。

对于大多数人来说，可控核聚变研究装置这个专业术语听起来可能很玄妙，但是说到它的俗称，大家可能就会很豁然开朗，那就是“人造太阳”。而这一俗称也暗示了可控核聚变的研究将与能源直接相关。事实上，核聚变能被认为是解决未来能源短缺问题的终极方案，它可以提供源源不绝的清洁能源。为什么这么说呢？

首先，可控核聚变使用的核燃料是氢的同位素氘和氚，而这两种元素在地球上非常常见，且储量丰富。其中氘可以从海水中提取，1升海水中提取的氘，在完全聚变反应中可以释放相当于燃烧300升汽油的能量；而氚不同于氘，它带有放射性且很难天然提取，但是好在科学家们发现锂在被中子轰击时可以产生氚，因此，现在的氚基本都是人工制造，但是因为锂的存在，让这一元素的获取较为容易，且来源同样富裕。

其次，可控核聚变反应不同于核裂变反应，不会产生核裂变反应所出现的长期和高水平核辐射，它的反应产物是氦、中子和可供开发利用的巨大能量，不会产生核废料，同时也不会产生污染环境的硫、氮氧化物，更不会释放温室效应气体，是一种理想型且资源近乎无限的清洁能源。

最后，可控核聚变还有另一个固有的特点：安全。可能现在一提到核能，大多数人首先想到的会是切尔诺贝利核事故或者日本福岛核事故，再或者会延伸到原子弹、氢弹等大规模杀伤性武器，潜意识中总是认为它是不安全的，具有恐核心理。但事实上，核聚变反应非常的安全，这主要是因为可控核聚变反应需要达到上亿摄氏度的超高温和超高密度等非常严苛的条件才有可能发生，任何一点细微条件的缺失，都会导致温度密度的下降，从而迫使核聚变反应终止。

理论上核聚变能如果得以可控使用，确实可以彻底解决地球能源枯竭问题。但是，正如它那极其苛刻的发生条件一样，要实现可控核聚变并非易事。

可控核聚变的发生要求在人工控制条件下的等离子体的离子温度达到1亿摄氏度以上，我们知道太阳的核心温度也才1500万摄氏度至2000万摄氏度，而这一温度已经超过了太阳核心温度的5到6倍。对此，中核集团核工业西南物理研究院特聘研究员钟武律说到，“地球上，目前没有任何材料可以把1亿摄氏度的高温等离子体给直接包裹起来”。因此，要想实现人工控制难度可想而知。

但是，这个问题难不倒人类科学家们，早在50年前，两种约束高温反应体的理论就已经产生了，一种是惯性约束；另一种是磁力约束。

惯性约束理论的奠基人之一是我国著名科学家王淦昌，他于1964年在国际上独立提出激光驱动核聚变的建议。提出用激光或者离子束作为驱动源，脉冲式提供高强度能量作用于装有核聚变燃料的球体，形成高温高压的等离子体，利用反冲压力，急剧向心压缩氘、氚燃料至极高密度，并形成高温高密度热斑，当温度达到反应所需的点火温度时，球内燃料发生爆炸，并产生大量热能。

而磁力约束是由苏联科学家塔姆和萨哈罗夫于上世纪六十年代提出的，它的设想是建立一个环形磁场包裹原子核，由于原子核带正电，因此，只要磁场足够强大，原子核就无法逃出磁场的束缚，达到用磁场约束高温核聚变燃烧的目的，从而实现聚变反应的安全可控。要实现磁力约束，需要一个能产生足够强的环形磁场装置，而这一装置的学名相信大部分人是耳熟能详的，那就是“托卡马克”装置。

相比于惯性约束，目前世界上可控核聚变的研究主要集中在磁力约束领域。至于原因，有一种说法是两者应用场合不同，惯性约束多用于军事领域，而在能源研究方面磁力约束占据优势。不过这一说法笔者尚未进行查阅验证，只是网络见闻，可信性笔者也尚不清楚，大家了解了解就是，不必当真。

可控核聚变作为一种解决未来能源短缺问题的根本途径，因此，不难想象为什么如此多的国家争先恐后地进入该研究领域。就在国际上各国对可控核聚变研究纷纷提速之际，我国的科学家们也并未停止他们攻坚克难的步伐。

1995年中国第一个超导托卡马克装置HT-7在合肥建成；

2002年中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置--中国环流器二号A（HL-2A）；2006年世界上第一个全超导托卡马克装置--中国东方超环（EAST）首次实现等离子放电成功；

2020年中国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变装置--中国环流器二号M（HL-2M）成功实现等离子放电，其等离子体体积为中国现有装置的2倍以上，等离子体温度可达到1.5亿摄氏度，等离子体电流能力提高到2.5兆安培以上，能够实现高密度、高比压、高自举电流运行，是我国可控核聚变研究发展史上的重要里程碑式突破。