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這就是聚變電站的原理。首先你要有磁籠子，用它形成一個(gè)等離子體，再用非常高的溫度把它加熱到上億度，加熱到上億度以后就會(huì)產(chǎn)生氦和中子，中子就跑到包層材料里進(jìn)行加熱。加熱以后，我們通過(guò)水把它轉(zhuǎn)換成蒸汽，再通過(guò)蒸汽把電給發(fā)出去。這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的聚變發(fā)電原理。

人類在這個(gè)方向一共做了50年，進(jìn)展還是挺大的。我們知道，計(jì)算機(jī)每1.8年CPU的速度翻一倍，而聚變的發(fā)展速度基本上能做到跟它一樣快，甚至比它快兩個(gè)月，差不多16～17個(gè)月左右的時(shí)間，它的綜合參數(shù)也能夠翻一倍。

聚變最大的問(wèn)題就是離實(shí)現(xiàn)還很遙遠(yuǎn)，沒有像計(jì)算機(jī)這樣家喻戶曉。但可以說(shuō)，聚變?cè)谶^(guò)去50年中已經(jīng)發(fā)展得非常非常快了。幾個(gè)代表性的成就是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，像美國(guó)、歐洲和日本，他們?cè)谝恍┐笱b置上都同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可控的核聚變。

什么叫可控的？就是跟人沒有關(guān)系。科學(xué)就是可重復(fù)，不管是誰(shuí)去做都是同樣的結(jié)果，跟儀器沒有關(guān)系。只要是一樣的儀器，美國(guó)的人造太陽(yáng)、歐洲的人造太陽(yáng)還有日本的人造太陽(yáng)，結(jié)果都是一樣地可重復(fù)，這就是科學(xué)。

我國(guó)做到了輸出的能量和輸入的能量之比等于1.25，即已經(jīng)有了凈輸入。這是什么意思？就是說(shuō)從科學(xué)上已經(jīng)驗(yàn)證了這是可行的，但是工程上可不可行還不知道。

我們產(chǎn)生的磁籠子是用常規(guī)銅線做的，消耗了大量的能量。怎么才能不消耗能量呢？如果把溫度降下來(lái)，一旦電阻等于0的話，消耗的能量頃刻之間就降到0，那么我們就非常容易地拿到了聚變能量。

說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。我國(guó)很多年前就開始做聚變了。托卡馬克不是中國(guó)人的發(fā)明，是蘇聯(lián)人的發(fā)明，他們概在1989年的時(shí)候有意把一套馬克裝置送給中國(guó)。當(dāng)時(shí)我們所長(zhǎng)說(shuō)這是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們啥都不會(huì)。于是就用400萬(wàn)人民幣的羽絨、瓷器、中國(guó)家具換來(lái)了一個(gè)1800萬(wàn)盧布的裝置。

當(dāng)時(shí)這個(gè)裝置還是比較好的。為什么？因?yàn)樵谀菚r(shí)候，一個(gè)盧布相當(dāng)于3.6美元，我們花了一年半的時(shí)間把它全部拆掉，又花了兩年的時(shí)間把它裝起來(lái)，在這上面做了大量的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該說(shuō)還不錯(cuò)。其他國(guó)家在這個(gè)裝置上面都只能做幾秒鐘高溫，而我們最多能做到60秒鐘一千萬(wàn)度，因此成為了全國(guó)的十大新聞。

但是這還不行，還不能夠做到所有線圈的電阻都等于0，這時(shí)候我們就要做超導(dǎo)。什么叫超導(dǎo)呢？就是要把上億度磁籠子的一團(tuán)火球懸浮在-269℃的圈子里面。想想看，等于說(shuō)有兩個(gè)極端，一個(gè)溫度在108K以上——一億度以上，另一個(gè)溫度是非常冷的，4K，也就是零下269℃。這個(gè)是非常難的。

其次，一旦發(fā)生聚變的時(shí)候——比如氫彈爆炸，只要它發(fā)生爆炸的時(shí)候就會(huì)有強(qiáng)烈的沖擊波，它跟周邊材料(就是懸浮起來(lái)的也不行)發(fā)生強(qiáng)相互作用，所以控制要非常精確，精確到零點(diǎn)幾個(gè)毫米和零點(diǎn)幾個(gè)毫秒以下，否則只要一偏心，它就碰到什么燒什么。

這件事真是難，難于上青天。為什么?因?yàn)槊绹?guó)人在60年代已經(jīng)上了天、登了月,但是他們到現(xiàn)在也沒有做出一個(gè)能夠真正發(fā)電的人造太陽(yáng)。

從能源的需求來(lái)講，中國(guó)比任何一個(gè)國(guó)家都需要能源。盡管我們相比來(lái)說(shuō)很窮，但是我國(guó)幾任國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人都覺得這件事中國(guó)人一定要做。90年代初我們提出這個(gè)想法，在全世界率先做一個(gè)全超導(dǎo)的托卡馬克叫東方超環(huán)，能夠長(zhǎng)時(shí)間地做到上億度，比太陽(yáng)心部的溫度還要高五六倍！

在九五的大工程的國(guó)內(nèi)一百多個(gè)提議中，該提議終于勝出，然后我們就開始做這樣的裝置。做這個(gè)裝置，第一就是要解決上億度和零下269度的矛盾。江澤民同志到我們所里去的時(shí)候，他也問(wèn)了這么一個(gè)問(wèn)題。

解決上億度和零下269度，很多技術(shù)必須要用在一起。首先，真正的上億度的高溫要用磁場(chǎng)把它懸浮起來(lái)，就是超導(dǎo)，上面全部是線圈。懸浮在中間以后，等離子那里有個(gè)火球——蜘蛛俠那個(gè)球，溫度越高它越要到處跑。比如太陽(yáng)，因?yàn)闇囟雀撸蕴?yáng)黑子來(lái)了。跑的過(guò)程中一定要想辦法控制住，讓它一定懸浮在中間，不能夠上下跑。在不亂跑的情況下，才不會(huì)把材料燒壞。

除此之外，能量的損失靠傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。最小輻射損失就是全部用真空，用五層真空實(shí)現(xiàn)了一億度和零下269度的結(jié)合。

在此之前全世界沒有人做過(guò)，因此所有的東西都需要我們自己做。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)不像現(xiàn)在這么好，萬(wàn)元熙院士帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)做了整整十年，突破了很多難點(diǎn)，終于在2006年得到了等離子體，大概幾百萬(wàn)度，但是它只有幾秒鐘時(shí)間。

我們想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)不只是幾百萬(wàn)度幾秒鐘，我們想做得更長(zhǎng)。難度在哪里？材料！做聚變，幾乎都要用到當(dāng)今地球上所有材料、技術(shù)的極致。比如說(shuō)，其中要采取的材料是一種最硬的合金——鎢合金。在這個(gè)空間里，我們要加上上億的溫度讓它懸起來(lái)，同時(shí)還要防止沖擊波。只要有沖擊波的強(qiáng)放射，就要趕快把它拿走、抽走。這里用的大抽速是零下269度的低溫棒。

4

中國(guó)聚變之路

有了裝置以后，我們就覺得應(yīng)該去做一個(gè)更大的事情——驗(yàn)證工程的可行性。

大約在1985年，盡管是冷戰(zhàn)的時(shí)候，里根和戈?duì)柊蛦谭蛞舱劻艘患笳髦祟惷篮们熬暗氖虑?span lang="EN-US">——在地球上建一個(gè)人造太陽(yáng)。這個(gè)人造太陽(yáng)是50萬(wàn)千瓦，跟現(xiàn)在的發(fā)電站差不多。

談判確定一共有七方參加，歐盟占最大一塊45%，其他的六方——中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、印度各占9%，共出資100億歐元，要在法國(guó)Cadarache（卡達(dá)拉舍）建世界第一個(gè)真正意義上的人造太陽(yáng)，叫國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER。它要運(yùn)行20年，即需要能夠在大規(guī)模的、幾十萬(wàn)千瓦的基礎(chǔ)上運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間。這就是要驗(yàn)證聚變的工程可行性。到底規(guī)模有沒有這么大，這么大的規(guī)模以后行不行？這里牽扯到特別多的技術(shù)。這是中國(guó)參加的一個(gè)最大的國(guó)際合作項(xiàng)目，價(jià)錢是100億歐元，其中中國(guó)占9%，也是9億歐元，這是一個(gè)很大的數(shù)字。

首先它要形成的磁籠一共有18段，像橘子瓣一樣。這是什么概念？波音747重量370噸，這一個(gè)線圈在360噸左右；價(jià)錢也是差不多的，波音747是2.6億美元，這大概是2.8億歐元。

我們國(guó)家在參加ITER之前是生產(chǎn)短樣的。繞這么一個(gè)線圈，里面要將近十萬(wàn)米導(dǎo)線，重150噸。我們國(guó)家在參加這個(gè)國(guó)際合作之前，四十年之間只產(chǎn)生了36公斤短樣。

ITER使得國(guó)內(nèi)的企業(yè)發(fā)展得非常好，已經(jīng)形成了全世界最先進(jìn)的技術(shù)，規(guī)模和產(chǎn)量也是最大的。西安的有色金屬研究院、西部超導(dǎo)公司現(xiàn)在一年可以生產(chǎn)150噸；除此之外，國(guó)內(nèi)的核磁共振、GE的所有線幾乎超過(guò)一半都是ITER的材料在供應(yīng)；還有我國(guó)航母的殲15的起落架，飛機(jī)落地的一剎那沖擊力非常大，所以對(duì)材料的要求非常之高，用ITER上面的材料終于解決了航母的起落架的問(wèn)題。這是第一個(gè)例子。

（核導(dǎo) 圖片來(lái)源于李建剛）

第二個(gè)例子。剛才說(shuō)的上億度的東西的第一層屏蔽叫核導(dǎo)，長(zhǎng)得像多腳的怪獸一樣。它有多重？一百年前的埃菲爾鐵塔是7300噸，而這個(gè)有8000噸，所以這個(gè)材料要難得多。這是一種特殊的不銹鋼，它首先要降到零下269度，同時(shí)它要耐強(qiáng)輻射，我們國(guó)家在參加ITER之前從來(lái)沒有生產(chǎn)過(guò)。參加ITER之后，通過(guò)跟國(guó)際合作，山西太鋼現(xiàn)在可以年產(chǎn)15000噸，得到了很大的發(fā)展。

盡管聚變能離我們還是很遙遠(yuǎn)，但是通過(guò)國(guó)際合作，中間產(chǎn)生的過(guò)程和技術(shù)都能夠非常好地用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)上。

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  未來(lái)中國(guó)的聚變到底怎么做？

60年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用

未來(lái)中國(guó)的聚變到底怎么做？咱們的聚變到底什么時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)？

我們現(xiàn)在正在做實(shí)驗(yàn)裝置、參加ITER，但是希望十年以后能建造中國(guó)自己的工程堆，這樣才能夠驗(yàn)證發(fā)電。有了這個(gè)東西以后，在50年到60年之間就能商用化。

這是我們?cè)O(shè)計(jì)的中國(guó)工程聚變堆，里面有一個(gè)主機(jī)裝置。這個(gè)設(shè)計(jì)象征著大鵬展翅騰飛，象征著人類追求聚變的夢(mèng)想，象征中華民族騰飛的夢(mèng)想。

經(jīng)過(guò)二三十年的努力，真正的人造太陽(yáng)會(huì)冉冉升起，對(duì)中國(guó)來(lái)講，聚變的需求比任何一個(gè)國(guó)家都急迫。

1982年我到了合肥的一座非常偏僻的島上——董鋪島，一做就是34年。非常有幸，作為一個(gè)中國(guó)的科學(xué)家，每一任領(lǐng)導(dǎo)都到過(guò)現(xiàn)場(chǎng)，這給了我們很高的鼓勵(lì)，也包括俄羅斯的總理，他們都說(shuō)過(guò)同樣一句話——中國(guó)需要能源，中國(guó)一定要在人類實(shí)現(xiàn)這種聚變的路上起到不可取代的作用。

50年前，人類就有個(gè)夢(mèng)想——希望實(shí)現(xiàn)人造太陽(yáng)。上大學(xué)的時(shí)候，我也有這個(gè)夢(mèng)想。我希望在有生之年能夠做出人造太陽(yáng)，讓沒有被文明照亮的地方被聚變能點(diǎn)亮。

作為一個(gè)中國(guó)人，我希望第一個(gè)聚變電站是最好的，而且必須要建在中國(guó)。

延伸閱讀：

5000萬(wàn)度高溫，燒了101秒，中國(guó)這個(gè)黑科技又一次震撼了世界！

中國(guó)研制的這個(gè)可以改變?nèi)祟愇磥?lái)的“人造太陽(yáng)”，又讓全世界震驚了。

文 | 何方 瞭望智庫(kù)特約能源觀察員

本文為瞭望智庫(kù)原創(chuàng)文章，原文首發(fā)于2017年7月15日，標(biāo)題為《5000萬(wàn)度高溫，燒了101秒，中國(guó)這個(gè)黑科技又一次震撼了世界！》如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)?jiān)谖那白⒚鱽?lái)源瞭望智（zhczyj）及作者信息，否則將嚴(yán)格追究法律責(zé)任。

日前，中國(guó)科學(xué)院等離子研究所宣布，國(guó)家大科學(xué)裝置——世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克（EAST）東方超環(huán)再傳捷報(bào)：實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行（相當(dāng)于穩(wěn)定“燃燒”了上百秒），創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這是我國(guó)科學(xué)家集幾十年研究心血，取得的可控核聚變研究的最新成就，更是迄今為止，人類可控核聚變研究最先進(jìn)的成果。

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拿什么控制你，一億度的高溫

上世紀(jì)三十年代初，核聚變?cè)砭捅豢茖W(xué)家們提出，該原理簡(jiǎn)單卻引人入勝。想一想，兩個(gè)自然界中隨處可見的輕核結(jié)合在一起，就可以放出巨大的能量，而且還不產(chǎn)生任何污染物，這簡(jiǎn)直是人類理想的終極能源形勢(shì)。

隨著科技發(fā)展，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，氫的兩種同位素，氘（dāo）和氚（chuān）之間的聚變反應(yīng)，是最容易實(shí)現(xiàn)的聚變形勢(shì)。這種核聚變已經(jīng)在太陽(yáng)上存在了數(shù)十億年，在原子彈研制成功不久，人類也實(shí)現(xiàn)了氘和氚之間的核聚變，這便是氫彈。

在核裂變反應(yīng)堆開始源源不斷為人類提供核電時(shí)，科學(xué)家們就開始考慮研究核聚變反應(yīng)堆，并期望在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)堆發(fā)電，一勞永逸地解決人類的能源問(wèn)題。

但是，可控核聚變發(fā)生的條件極為苛刻。要發(fā)生可控核聚變，必須將反應(yīng)堆維持在上億度的高溫，只有在此條件下，注入的氚和氘的布朗運(yùn)動(dòng)才會(huì)變得超級(jí)劇烈，或者說(shuō)是狂暴，此時(shí)氘和氚的原子核才會(huì)碰撞在一起，發(fā)生核聚變，產(chǎn)生一個(gè)氦核和一個(gè)中子，同時(shí)放出巨大的能量。

不幸的是，迄今為止，人類發(fā)明的最耐熱的材料，也只能忍受數(shù)萬(wàn)攝氏度的溫度，在一億度以上的高溫面前，一切材料都只能俯首稱臣。于是，研究核聚變便歸結(jié)為一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：用什么東西約束住可控核聚變發(fā)生時(shí)的超高溫物質(zhì)？

磁場(chǎng)！這是科學(xué)家們異口同聲的答案。利用磁場(chǎng)約束住上億度的等離子體，讓這團(tuán)等離子體“懸浮”于磁場(chǎng)之中，這樣，就不需要耐高溫容器了。在這團(tuán)受約束的超高溫等離子體中源源不斷地注入氚和氘，人類就可以實(shí)現(xiàn)可控核聚變了！

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搞可控核聚變：閉門造車玩不好

 從上世紀(jì)五十年代開始直到今天，科學(xué)家們?cè)诳煽睾司圩兎矫娴难芯康淖钪饕ぷ鳎褪菍ふ乙环N可靠的，可以約束超高溫等離子體的裝置。

在可控核聚變研究開始之初，世界各國(guó)都認(rèn)為可控核聚變很容易實(shí)現(xiàn)，都在絕密的狀態(tài)下開始了可控核聚變研究，他們都希望自己成為最早掌握這一先進(jìn)能源技術(shù)的國(guó)家。但是，經(jīng)過(guò)多次失敗后，各國(guó)科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)可控核聚變實(shí)在是難以實(shí)現(xiàn)，不得不進(jìn)行國(guó)際交流。

大約在1958年前后，各國(guó)可控核聚變研究方面的交流已經(jīng)變得充分，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，遇到的都是類似的問(wèn)題。這意味著，研究可控核聚變，面臨的不是簡(jiǎn)單的技術(shù)問(wèn)題，而是理論問(wèn)題，這種情況下，只有世界科學(xué)家聯(lián)合起來(lái)，才能掌握可控核聚變技術(shù)。

也就是從這個(gè)時(shí)候開始，世界可控核聚變研究變得公開，開始重視國(guó)際交流，世界各國(guó)進(jìn)入一種良性競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)，即各國(guó)都開始在可控核聚變方面努力，并不斷公開自己的最新研究成果，一方面讓各國(guó)同行少走彎路，另一方面凸顯本國(guó)科研實(shí)力。

相對(duì)其他國(guó)家的可控核聚變研究都是在氫彈研制成功之后，我國(guó)可控核聚變研究起步很早，始于1955年。這一年，我國(guó)著名核物理學(xué)家李正武剛回國(guó)不久，在他的建議下，我國(guó)開始了可控核聚變的研究。

1959年，我國(guó)新建了核聚變研究裝置，取名“小龍”，新的裝置屬于脈沖壓縮/磁鏡裝置，這個(gè)裝置效果較好，一直使用至1969年才關(guān)閉。

同一時(shí)期，與李正武同期回國(guó)的科學(xué)家孫湘，在1962年初的“第一次全國(guó)電工會(huì)議”上報(bào)告了自己的研究成果，并將研究論文發(fā)表在1965年的《物理學(xué)報(bào)》上，這是我國(guó)可控核聚變研究最早公開發(fā)表的文獻(xiàn)之一。

60年代初，在著名物理學(xué)家、1956年回國(guó)的王承書的倡導(dǎo)下，我國(guó)開始建設(shè)“仿星器”裝置。只是受不久后的“文革”影響，該裝置沒有達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模允「娼K。

這一時(shí)期，我國(guó)的可控核聚變研究的指導(dǎo)思想是“小規(guī)模多途徑探索”，這一階段共建造了9個(gè)可控核聚變研究裝置。但是當(dāng)時(shí)由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)落后、對(duì)外封閉、科技信息交流不暢等客觀因素，這些裝置在沒有“約束場(chǎng)”繞組的情況下，均沒有獲得可供物理研究的等離子體。不過(guò)，這些研究還是給我國(guó)培養(yǎng)了一批可控核聚變的研究人才，也取得了許多研究成果，為我國(guó)后續(xù)的可控核聚變研究奠定了基礎(chǔ)。

上世紀(jì)60年代末，蘇聯(lián)科學(xué)家阿爾齊莫維奇發(fā)布了托卡馬克磁約束方案，人類第一次利用磁場(chǎng)約束住了超高溫等離子體，讓科學(xué)家們第一次看到可控核聚變的曙光。所謂托卡馬克裝置，英文為TOKAMAK（由俄語(yǔ)中的“環(huán)形”“真空”“磁”“線圈”四個(gè)單詞的縮寫構(gòu)成），即用水平和垂直的兩個(gè)線圈構(gòu)成真空磁場(chǎng)、約束等離子體的裝置。

托卡馬克磁約束方案自發(fā)布以來(lái)，成為了世界可控核聚變研究最熱門的方向。迄今為止，世界各國(guó)共建造了上百座托卡馬克裝置。1970年末，我國(guó)的托卡馬克裝置HL-1，也就是俗稱的“中國(guó)環(huán)流器一號(hào)”正式立項(xiàng)，1984年完成裝置工程聯(lián)調(diào)，1985年正式投入物理實(shí)驗(yàn)研究。

1986年，中國(guó)環(huán)流器一號(hào)的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果在日本京都國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)主持的國(guó)際聚變能學(xué)術(shù)會(huì)議上公布，大會(huì)在總結(jié)報(bào)告中表示了對(duì)中國(guó)同行的祝賀，受到了國(guó)際聚變界的普遍關(guān)注。這也側(cè)面證明，這一時(shí)期，我國(guó)可控核聚變的研究已處于世界領(lǐng)先水平。1992年中國(guó)環(huán)流器一號(hào)關(guān)閉后，改進(jìn)的中國(guó)環(huán)流器新一號(hào)于1994年投入試驗(yàn)運(yùn)行，直到2001年關(guān)閉。接著，中國(guó)環(huán)流器二號(hào)又投入了運(yùn)行。這些裝置的建成和研究，讓我國(guó)漸漸成為世界上可控核聚變研究的先進(jìn)國(guó)家。

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搞“人造太陽(yáng)”：原先人家不帶我們玩 現(xiàn)在是我們帶著人家玩

1985年，美、蘇、日和歐共體（歐盟前身）開始籌劃建立可控核聚變國(guó)際合作項(xiàng)目（ITER），以便這些老牌發(fā)達(dá)國(guó)家能夠掌握人類未來(lái)能源形勢(shì)，繼續(xù)保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

很遺憾，那個(gè)時(shí)候由于我國(guó)國(guó)力有限，沒有加入這個(gè)項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。

但強(qiáng)國(guó)之間的所謂合作事實(shí)證明也是同床異夢(mèng)。

由于后來(lái)蘇聯(lián)解體和歐美日內(nèi)訌，且各自隱瞞自身關(guān)鍵技術(shù)等，這個(gè)計(jì)劃一直沒有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。直到2003年，世界再次面臨能源危機(jī)，這個(gè)項(xiàng)目才再次被人提起。此時(shí)的中國(guó)，國(guó)力相比1985年已經(jīng)空前提高，而且對(duì)先進(jìn)技術(shù)的渴望也越來(lái)越強(qiáng)烈。因此，我國(guó)攜可控核聚變研究的多年成果和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，成為最先加入這個(gè)項(xiàng)目的國(guó)家。

可控核聚變國(guó)際合作項(xiàng)目（ITER）的目的，主要是建造一座托卡馬克試驗(yàn)裝置，讓人類首次實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中的可控核聚變。

原始的托卡馬克裝置有著其天然的缺點(diǎn)，因?yàn)橥锌R克裝置越是接近實(shí)用，需要的磁場(chǎng)就越大，而磁場(chǎng)越大，需要的電流也越大，這簡(jiǎn)直就是水和面問(wèn)題的翻版。

但是，由于磁場(chǎng)線圈電阻的存在，使得電流增加到一定程度時(shí)，線圈的損耗會(huì)急劇增加，甚至?xí)龎木€圈。這個(gè)缺點(diǎn)差點(diǎn)判了托卡馬克裝置死刑，直到超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)，才解決這一問(wèn)題。

國(guó)外使用超導(dǎo)線圈的托卡馬克裝置一共有三臺(tái)，分別來(lái)自法國(guó)、俄羅斯和日本。但是這三臺(tái)裝置都只有水平線圈是超導(dǎo)的，而垂直線圈依然是常規(guī)線圈。這其中固然有成本的問(wèn)題，但技術(shù)問(wèn)題還是主要原因。

而世界上第一臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克裝置是由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計(jì)和建造的東方超環(huán)（EAST），俗稱“人造太陽(yáng)”，它是世界上最早的水平和垂直線圈均為超導(dǎo)線圈的托卡馬克裝置。不僅如此，東方超環(huán)還第一次采用了非圓形垂直截面，在不增加環(huán)形直徑的前提下增加了反應(yīng)體的體積；第一次采用了液氦無(wú)損耗的超導(dǎo)體系，實(shí)現(xiàn)了液氦這種昂貴冷卻劑的高效利用；同時(shí)還是世界上第一個(gè)擁有主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克裝置。

東方超環(huán)在2007年建成啟動(dòng)后，一舉成為可控核聚變國(guó)際合作項(xiàng)目（ITER）最重要和最先進(jìn)的試驗(yàn)裝置，此后，各國(guó)科學(xué)家紛紛來(lái)我國(guó)開始科學(xué)試驗(yàn)。這也使得我國(guó)成為可控核聚變國(guó)際合作項(xiàng)目（ITER）的領(lǐng)導(dǎo)者。

東方超環(huán)是集我國(guó)五十多年可控核聚變研究之大成的裝置，該裝置自建成以來(lái)，就不斷開創(chuàng)人類可控核聚變研究的新高度。

2012年，東方超環(huán)獲得了超過(guò)400秒的2000萬(wàn)攝氏度高參數(shù)偏濾器等離子體，獲得了穩(wěn)定重復(fù)超過(guò)30秒的高約束等離子體放電，這改寫了國(guó)際上最長(zhǎng)時(shí)間的高溫偏濾器等離子體放電和最長(zhǎng)時(shí)間的高約束等離子體放電的紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)可控核聚變已經(jīng)代表了國(guó)際可控核聚變研究的最高成就。

而本次“東方超環(huán)”在全球首次實(shí)現(xiàn)了5000萬(wàn)攝氏度等離子體持續(xù)101.2秒的長(zhǎng)時(shí)間放電，再次創(chuàng)造了人類可控核聚變研究的新高度。

東方超環(huán)（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

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廉價(jià)、高效、清潔的能源驅(qū)動(dòng)

可控核聚變國(guó)際合作項(xiàng)目（ITER）的目標(biāo)是在歐盟建造一座可持續(xù)運(yùn)行的托卡馬克裝置，這一裝置目前正處于建造過(guò)程中。值得一提的是，這個(gè)裝置雖然比東方超環(huán)規(guī)模要大，但是不論是其超導(dǎo)線圈技術(shù)，還是其非圓形垂直截面，都是參照的東方超環(huán)的技術(shù)。甚至可以說(shuō)，東方超環(huán)是比該裝置早誕生十年的原型裝置。

國(guó)際可控核聚變裝置的非圓形垂直截面（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

該可控核聚變裝置的運(yùn)行也并不復(fù)雜。

超高溫等離子體被約束在磁場(chǎng)中，維持可控核聚變發(fā)生的超高溫條件，接著，少量的氘和氚被作為點(diǎn)火燃料注入至反應(yīng)體中，發(fā)生核聚變反應(yīng)。核聚變反應(yīng)生成氦核和中子，并放出聚變能。聚變能大部分被反應(yīng)堆周圍的導(dǎo)熱裝置吸收并進(jìn)入能量轉(zhuǎn)換和傳輸裝置，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽倭康木圩兡軐⒗^續(xù)在反應(yīng)體中，維持核聚變反應(yīng)的超高溫狀態(tài)。

此后，只需要持續(xù)的向反應(yīng)體中供應(yīng)氘，可控核聚變便可以一直持續(xù)下去，并源源不斷地產(chǎn)生完全清潔的、高效的聚變能。

可控核聚變所需要的燃料氘大量存在于自然界的普通水中（所謂重水即是氘水，重水提取自普通水中），生成燃料氚的鋰在自然界中也分布廣泛。核聚變反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生有害放射性物質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染，是人類最理想的能源形勢(shì)。

未來(lái)，可控核聚變終將成為現(xiàn)實(shí)，到那時(shí)，我們將擁有取之不盡，用之不竭的清潔能源，我們將再也不必?fù)?dān)心化石能源枯竭問(wèn)題，再也不用擔(dān)心溫室氣體導(dǎo)致大氣變暖問(wèn)題，也不用擔(dān)心目前核電的放射性問(wèn)題。在可控聚變能的基礎(chǔ)上，人類將徹底自己的生產(chǎn)和生活方式，我們的生活將被廉價(jià)、高效、清潔的能源驅(qū)動(dòng)，快速前進(jìn)。同時(shí)，聚變能將給人類太空探索提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)引擎，讓星際遨游再也不受動(dòng)力的困擾，到那個(gè)時(shí)候，走出地球、殖民太空將不再是科幻小說(shuō)的情節(jié)。

從火把到蒸汽機(jī)，再到電氣，人類歷史上每一次能源革命，都導(dǎo)致了人類文明的革命。未來(lái)，誰(shuí)能率先掌握可控核聚變技術(shù)，誰(shuí)就將引領(lǐng)人類文明的革命。

幾十年如一日，我國(guó)可控核聚變研究從未落后、從未停滯、不斷超越，已經(jīng)走到了國(guó)際可控核聚變研究的最前沿。未來(lái)人類必將完全掌控可控核聚變，而從目前各國(guó)可控核聚變研究的進(jìn)展來(lái)看，最先掌握可控核聚變技術(shù)的國(guó)家必然是中國(guó)。