在日常的新闻报道中，你可能经常看到“人造太阳”这个词。

太阳每秒释放的能量，就能让全人类使用约70万年。模拟太阳来产生无尽的清洁能源，由此成为人类的“终极能源梦想”。

要实现这个愿景，涉及到一项关键技术——核聚变。攻克了它，就能在地球上造出微型太阳。

11月24日，中国科学院“燃烧等离子体”国际科学计划在安徽合肥启动，并面向国际聚变界首次发布BEST研究计划。

这意味着，我国正式启动聚变领域国际科学计划。

“人造太阳”距离我们，还有多远？

图/新华社

核裂变与核聚变

1905年，爱因斯坦创立狭义相对论，推导出物理学史上的著名方程：E=mc²。

即：能量（E）等于物质的质量（m）乘以光速（c）的平方。

这个方程告诉世人，如果能够把物质的质量转化为能量，将可以获得巨大的能量收益。

按照这个公式，1克静止物质对应的能量，相当于2.1万吨三硝基甲苯（TNT）炸药，爆炸释放的能量。

在后续研究中，科学家们发现，原子核与原子核、原子核与中子等粒子相互作用产生新原子核的过程中，会出现质量亏损的现象。亏损的小部分质量，会以巨大的能量形式向外释放。

这个过程，就被称为核反应。

核反应包括多种类型。在寻找终极能源的道路上，核能技术兵分两路：一条是很多人经常听到的核裂变，另一条是我们这次聚焦的核聚变。

核聚变原理演示动画。图/央视新闻

简单来说：

裂变是“劈开原子”——

一个重原子核，分裂为两个或多个较轻原子核的过程。

裂变后，原子核和粒子的总质量小于裂变前。质量能量转化，裂变过程发出巨大能量。

原子弹爆炸、核电站等，利用的正是核裂变原理。

聚变是“融合原子”——

两个轻原子核，融合为一个较重原子核的过程。

聚变前后同样存在质量差，聚变过程释放巨大能量。

核聚变反应，最典型的就是太阳。

太阳的核心温度高达1500万摄氏度。之所以它能给地球万物生长提供能源，是因为它内部源源不断进行的核聚变反应。

“羲和号”观测的太阳。图/新华社

核聚变优势明显

今天，核裂变技术虽已相对成熟，仍存在明显局限：需要开采有限的铀矿资源，会产生长半衰期放射性废物，还存在核泄漏的安全隐患。

与之相比，核聚变有三大明显优势。

首先，是原料易得、储量丰富。

核聚变的主要燃料，来自氢的同位素氘（dāo）和氚（chuān）。

氘可以直接在海水中提取；氚虽在自然界含量极少，但可以通过地壳中丰富的锂，与中子反应人工制备，无需依赖稀缺矿产。

其次，是产生的能量巨大。

氘和氚聚变，是自然界最易发生的聚变。据估算，一克氘氚燃料聚变所获得的能量，相当于燃烧8吨石油才能产生的能量。

氢的三种同位素。图/央视新闻

再者，是清洁环保，不产生高放射性核废料。

氘和氚反应的生成物是氦气，对环境无害。

当反应条件被打破，比如装置故障等，聚变反应也会瞬间终止，从根本上避免了核裂变可能的重大安全隐患。

当然，裂变与聚变研发并非竞争关系，而是确保能源安全的并肩作战，既确保我们当下的能源转型与安全，又瞄准我们更遥远的未来。

让核聚变可控

20世纪50年代，人类开始探索在实验室实现核聚变，即可控核聚变。

然而，这并非易事。

与太阳相比，地球不具备维持核聚变的高温高压环境。创造出聚变所需的严苛环境，成为造“太阳”的首要难题。

原子核带正电，它们之间存在很强的排斥力。要让聚变发生，原子核必须具有极高的动能，才能克服排斥力。这就要求燃料加热到超过1亿摄氏度的高温。

图/中国之声

如此高温下，氘氚燃料会呈现出电子和原子核分离的混合状态——等离子体态。

等离子体态下的物质，内部会产生复杂的电磁场和不稳定性。科学家由此无法准确预测其状态，进而难以将这样一个洪水猛兽约束在人类设计的牢笼中并达到聚变条件。

为了实现可控核聚变、控制住“情绪阴晴不定”的高温等离子体，科学家们“脑暴”出了两种主流技术路线：

磁约束聚变——通过强磁场，将高温等离子体稳定约束在真空装置内。

惯性约束聚变——通过高能激光，瞬间轰击燃料靶丸，引发聚变。

欧洲联合核聚变实验装置（JET）。图/央视新闻

当前，世界上几个大型实验装置，已能短暂实现聚变反应所需的严苛条件。

不过，如何进一步提高聚变功率增益、改善等离子体的约束性能和稳定性，维持长时间燃烧并获得净能量输出，仍面临巨大考验。

从目前来看，要建成商业核聚变电站，实现真正意义上的聚变能源应用，仍需几十年的努力。

中国可控核聚变天团

了解完核聚变的好处和原理，就到认识“中国可控核聚变天团”的时候了。

“老大哥”——EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置）：

用的是我们前面说的磁约束聚变，用全超导磁体造了个磁场牢笼。它像无形的大手托住1亿摄氏度高温的等离子体，复刻太阳内部的核聚变。

EAST装置。图/央视新闻

“中坚力量”——BEST（紧凑型聚变能实验装置）：

和“前辈”EAST 相比，走的是“小而精”的路线。

小不是缺点，它能用更强的磁场压缩聚变空间，把等离子体约束得更密集，聚变功率密度比传统装置提升3倍。

它最大的使命，是在2030年演示核聚变发电，用核聚变的能量点亮第一盏灯。

BEST装置效果图。图/央视新闻

“硬核技术工坊”——CRAFT（聚变堆主机关键系统综合研究设施）：

为了将来真正实现核聚变商用发电，专啃未来聚变堆建设中的“卡脖子”技术，负责把实验室里的想法变成真家伙。

比如，制造能扛住火箭尾焰10倍极端高温的偏滤器、高性能的超导磁体部件、燃料循环系统等，为未来的示范堆、商用堆提供成熟的技术和部件支持，让核聚变能源从“能亮灯”真正变成 “能供电”。

CRAFT。图/央视新闻

今年以来，我国聚变科研，好消息频传。

▏新一代人造太阳“中国环流三号”，首次实现原子核和电子温度双双突破1亿摄氏度；

▏EAST装置，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”，刷新世界纪录；

▏BEST装置，主机首个关键部件杜瓦底座，成功落位安装，标志着项目主体工程建设步入新阶段……

杜瓦落位。图/央视新闻

每一次突破，都让我们离“人造太阳”的梦想，更近一步。

“十五五”时期，将是中国聚变能源发展的关键阶段，从实验堆到示范堆，从科学验证到工程实现。

据新华社消息，BEST装置作为我国下一代“人造太阳”，承担“燃烧”使命。根据研究计划，2027年底该装置建成后，将进行氘氚燃烧等离子体实验研究，验证其长脉冲稳态运行能力，演示聚变能发电。

根据国际科学计划，等离子体物理研究所将面向全球开放包括BEST在内的多个核聚变大科学装置平台，设立开放科研基金、资助高频次专家互访交流。

来自法国、英国、德国等十余国的聚变科学家共同签署《合肥聚变宣言》，该宣言鼓励各国的科研人员到中国开展聚变合作研究。

朝着人类的终极能源梦想，中国将聚力点燃“人造太阳”。

参考资料：人民日报、新华社、央视新闻、光明日报、中国经济周刊
广州日报新花城编辑：林传凌