“人造太阳”装置中的等离子体的温度可以达到1亿度以上，那比太阳的温度都要高上10倍，目前没有任何已知材料能抵挡这样的温度。

而全世界科学家正在共同努力的，是让这股能量变得可控——受控核聚变到底有何魔力，竟吸引全世界最聪明的“普罗米修斯”们竞相“盗火”？

↑氢弹爆炸（意境图）

人造太阳

理想的“未来能源”

上世纪三四十年代，随着核裂变技术的实践和核聚变反应的发现，同样建立在爱因斯坦质能方程E=mc²上的核聚变反应就开始被视为取之不尽用之不竭、安全且清洁的“未来能源”。

其原因是，与依靠链式反应产生能量的核裂变相比，核聚变反应发生在原子核发生聚变时使部分质量转化为能量释放，而它所使用的原料在自然界中储备丰富且没有放射性——氘——氢的同位素，其在海水中几乎取之不尽。

之所以这样说，是因为在海洋中每6500个氢原子就有1个氘原子，也就是说仅在一升海水中就有1.03×10^22个氘原子，即每1Km3海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量，这个数字约为地球上蕴藏的石油总储量。

而从一升海水中提出的氘，在完全的聚变反应中则可以释放相当于燃烧300升汽油的能量。而这一切的发生并不会产生具有放射性的核废料。

托卡马克

让人造太阳无处可逃的磁笼子

上世纪五十年代，前苏联莫斯科库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人发明了一种环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境，并实现人类对聚变反应的控制。

这种装置被命名为托卡马克（Tokamak），来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)，用以指代环形磁约束受控核聚变实验装置，中文又称其为环流器。

托卡马克就像一座为人造太阳量身打造的磁笼子，把核聚变产生高温高压等离子体约束在无形的磁场中。

↑2018年11月14日拍摄的全超导托卡马克装置EAST（“人造小太阳”）

目前，托卡马克装置中等离子体约束已取得明显效果，等离子体温度可达到上亿度，意味着产生核聚变能量的科学可行性已经被证实了。

然而，实验相关成果都是以短脉冲的形式产生，距离可连续运行的商用反应堆还有很大的距离。同时，反应的自持力也有待验证——自持指反应发出的能量可供应其自身运行所需的能量。托卡马克也还有很长的路要走。

ITER计划

中国承担9%研发

2006年，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯及美国七方共30多个国家共同启动国际热核聚变实验堆计划，也称ITER计划，是目前国际上规模最大的国际大科学工程计划之一。是为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划，目的是建造托卡马克型聚变实验堆。

其中，中国承担了9%的研发任务，覆盖了ITER的部分核心部件研发。目前，中国的采购包不管是研发的进度还是完成的质量，都走在世界的前列。

↑ITER实验基地的磁体线圈制备车间，其中不少设备由中国提供。孔帆摄。

等离子参数

提升至近堆芯水平

据了解，这次完成总体安装的中国环流器二号M装置（HL-2M）是HL-2A的改造升级装置，也属于托卡马克核聚变实验研究装置。

中国环流器二号M装置的建造目的是研究未来聚变堆相关物理及其关键技术，研究高比压、高参数的聚变等离子体物理, 为下一步建造聚变堆打好基础。

中国环流器二号M装置将在高比压、高参数条件下，研究一系列和聚变堆有关的工程和技术问题。瞄准和ITER物理相关的内容，着重开展和燃烧等离子体物理有关的研究课题,包括等离子体约束和输运、高能粒子物理、新的偏滤器位型、在高参数等离子体中的加料以及第一壁和等离子体相互作用等。

而从直观的指标上来看，中国环流器二号M装置将能够承载更大的线圈电流，有望将电流从现有装置的1兆安培提高到3兆安培，并使等离子体参数将大幅度提高到近堆芯水平，离子温度将超过1亿摄氏度。

当然，托卡马克并非唯一实现核聚变的方式。目前，主要受控核聚变还有激光约束（惯性约束）核聚变、仿星器等几种不同的技术路径。

红星新闻实习记者 曾那迦

文中部分内容来自核工业西南物理研究院、新华网、我是科学家iScientist公众号、果壳网

编辑 陈怡西