距離當年氫彈爆炸50多年了，盡管世界上許多國家建起了核電站，人類仍然沒有看到一座核聚變發電站的出現。核聚變電站的誘人前景依然是人們心中一個割舍不去的夢。50年來，全世界都在為建立一個能夠控制核聚變的裝置而努力。在30多個國家建造的大大小小上百個實驗裝置上，每一次放電時間的延長人們都為之興奮；每一次溫度的提高人們都為之歡呼。因為這看似小小的進步意味著我們離聚變能的應用更近了一步。前不久，中科院等離子物理所建成的全超導的托克馬克試驗裝置調試成功，掀起了全世界對未來“人造太陽”的極大關注。
“人造太陽”調試成功 聽到這樣的消息人們難免心生疑問：太陽可以人造嗎？在大多數人眼中，“人造太陽”是人類復制的一個新太陽。“人造太陽”真能掛在天上嗎？它究竟是個什么樣子？中國剛剛調試成功的“人造太陽”實驗裝置又是什么呢？這個答案只有親自造太陽的人知道。
據國家“九五”重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授介紹，引起人們猜測的“人造太陽”，就是中科院等離子物理研究所經過8年艱苦奮斗建造成的全超導的托克馬克試驗裝置。“未來的‘人造太陽’基本上是這樣，可能會更大些”。
“簡單地理解，之所以被稱作‘人造太陽’，是因為這個裝置產生能量的原理和太陽產生能量的原理一樣。”萬元熙解釋，太陽能夠發出強光，輻射到宇宙空間中去，巨大的能量來自于核聚變反應。
氫彈是瞬間的，而“人造太陽”則能持續不斷地產生巨大能量。我們把這種研究稱為受控熱核聚變反應。這種反應在兩條途徑中正在迅速發展。一條途徑就是造出各式各樣的磁容器來，其中一類磁容器叫做托克馬克。經過全世界60年的努力，這類托克馬克聚變裝置已取得巨大成功。在這種裝置上已經可以把氘的聚變燃料加熱到4億－5億度的高溫區，在這樣的溫度下發生大量的聚變反應。
據悉，世界上最大的托克馬克裝置歐洲聯合環的聚變功率輸出達16兆－17兆瓦，但仍只能短暫地運行。也就是說，這個磁籠只能存在幾秒、十幾秒鐘，從加熱到實現聚變反應只有幾秒鐘的時間。現在，科學家們正在力求實現讓托克馬克裝置連續不斷地反應。
“一方面我們獲得了巨大進展，另一方面，能否走向穩態運行是未來的聚變反應堆所需要的。”萬元熙表示。“我們建造的這個全超導的托克馬克試驗裝置最大的特點就是，把托克馬克已經取得的進展過渡到穩態運行狀態，為未來實現真正的‘人造太陽’做出重要貢獻。”
據悉，今年七八月，全部裝置裝好僅僅是物理實驗的開始。這個物理實驗已經引起全世界同行的很大關注和極高的興趣，因為這是到目前為止第一個全超導的、可以穩態運行的托克馬克裝置。
萬元熙還解釋說，目前全世界所有的聚變裝置還不能被稱之為“人造太陽”。從所有裝置上得到的各種研究結果都是為未來建造真實的受控熱核聚變反應堆、聚變能電站做出重要的貢獻，奠定工程和物理基礎。沒有這些工程和物理基礎，未來建造真實的聚變反應電站是不可想象的。完美能源不是夢 根據1998年世界能源組織公布的數據，地球上所蘊藏的鈾礦作為燃料只能用60年左右。不僅如此，使用鈾礦的過程中還會產生一些高放射性廢物，這些廢物的壽命非常長，幾千年、幾萬年仍然有放射性，對人類的環境造成另外一種污染。相比之下，聚變能源的燃料則來自于海水，1升海水中所含氫的同位素氘如果全部提取出來，放到未來的人造太陽中發生聚變反應，放出來的能量等同于燃燒300公升的汽油的能量。
可以想象，到那時人類需要的一次性的能源將是無窮盡的，不會為可持續發展而操心，不會為能源的短缺發生政治、軍事等沖突，最重要的是不會因為使用化石燃料及其他燃料污染環境。
早在氫彈爆炸成功時，前蘇聯和美國就以絕密的形式進行受控熱核聚變能的研究。由于原子彈爆炸后，十幾年的時間就研制出裂變電站，人們可以利用原子彈的裂變能量；氫彈爆炸后，我們即將獲得巨大的、無限的清潔能源。這些國家便認為，能夠成功爆炸氫彈，也可以用5年、10年或者15年的時間造出一個聚變能電站。專家表示：“我們對此非常樂觀。”
受控熱核聚變的條件是必須加熱燃料到億萬度的高溫，把燃料約束到一個局部的小空間中。什么物質的器皿能夠盛裝上億度的高溫燃料？這成為當前最主要的難題。耐火磚、不銹鋼都不可行，必須采用特殊方式來約束聚變燃料。
如果沒有物質的器皿盛裝上億度高溫的等離子體聚變燃料，可否用磁場構造一個磁的容器來盛裝？這就產生了托克馬克這類磁約束聚變裝置。使用這個裝置，其外面大量的大線圈和磁體會產生一個環形的磁容器，在這個磁容器里面約束、加熱聚變的燃料，讓它發生聚變反應。
過去的60年，近100個大大小小的托克馬克一點點地貢獻了不同特點的技術，才使得我們敢于去建造越來越大的托克馬克聚變裝置。背景鏈接托克馬克
如何克服巨大的靜電斥力將原子核聚到一起，還要將它們的密度維持在一定水平以防不安全的能量爆發（如氫彈就是不可控的核聚變）？前蘇聯科學家在２０世紀５０年代初率先提出磁約束的概念，并在１９５４年建成了第一個磁約束裝置—形如中空面包圈的環形容器“托克馬克（Ｔｏｋａｍａｋ）”，又稱環流器。一般情況下，在超過１０萬攝氏度的磁場中，原子中的電子就脫離了原子核的束縛，形成等離子體。帶電粒子會沿磁力線做螺旋式運動，所以等離子體就這樣被約束在這種環形的磁場中，也叫磁籠。人造太陽
億萬年來，地球上的萬物靠著太陽源源不斷的能量維持自身的發展。在太陽的中心，溫度高達１５００萬攝氏度，氣壓達到３０００多億個大氣壓。在這樣的高溫高壓條件下，氫原子核聚變成氦原子核，并放出大量能量。幾十億年來，太陽猶如一個巨大的核聚變反應裝置，無休止地向外輻射著能量。
核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量，產生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛分布在水中，每升水約含３０毫克氘，通過聚變反應產生的能量相當于３００升汽油的熱能。采集氘并使之與相關物質聚變產生能量，就是“人造太陽”的原理。
根據科學家的分析，如果我們未來能建成一座１０００兆瓦的核聚變電站，每年只需從海水中提取３０４公斤的氘就可產生１０００兆瓦的電量。照此計算，地球上僅在海水中就含有４５萬億噸氘，足夠人類使用上百億年，比太陽的壽命還要長。
１９５２年，當第一顆氫彈爆炸之后，人類制造核聚變反應成為現實，但那只是不可控制的瞬間爆炸。從那個時候開始，科學家們一直在尋找途徑，把氫彈爆炸在某個試驗裝置上加以控制，然后源源不斷地取出它的核聚變能。５０多年過去了，這個夢想一直沒能實現。
美國、前蘇聯等國在２０世紀８０年代中期發起了耗資１００億歐元的國際熱核實驗反應堆ＩＴＥＲ計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，中國于２００３年加入該計劃。中科院等離子物理研究所是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位。
１９９４年底，中科院等離子物理研究所建成中國第一臺超導托卡馬克裝置ＨＴ－７，使中國成為繼俄、法、日之后第四個擁有同類實驗裝置的國家。在此基礎上，專家著手研制中國“九五”重大科學工程之一——ＥＡＳＴ。從２００３年開始，ＥＡＳＴ開始進入總裝。據介紹，該工程立項時國家投資１．６５億元人民幣。推進國際合作 實現人類夢想 據悉，由于商業利益巨大，以及對人類可持續發展的重要性，一直以來所有關于“人造太陽”的試驗一直處在絕密狀態。但是，事實上，當從事這些絕密研究數十年后，所有國家都發現想要實現目標太困難了。因此發展到現在，受控熱核聚變的研究在全世界成為最廣泛的國際合作研究項目，已經不再保密。
據悉，我國科學家在20世紀50年代中期就開始了可控核聚變的研究。1984年，中國核工業總公司西南物理研究院曾建成中國最大的研究核聚變的托克馬克裝置。2006年3月，中科院等離子物理研究所建造的“人造太陽”實驗裝置調試成功，意味著能夠穩態運行的實驗裝置已經具備實驗能力。
中科院等離子物理研究所所長李建剛說：“我們這一代科學家已經做了50年還沒有建成‘人造太陽’。并不是說我們太笨，因為這件事情太難了，難到靠任何一個國家的財力、物力和科學技術都不可能達到。我最大的愿望就是希望有生之年能夠看到一個燈泡是用聚變能點亮的。但是客觀地講，這種愿望可能實現不了，因為太難了。”
雖然中科院研制的“人造太陽”實驗裝置還沒有進行真正的核聚變實驗，但是他們的調試成功已經得到了國際聚變界的關注和稱贊。在國家“九五”重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授看來，和30年前剛剛開始這項研究相比，國際聚變界態度的轉變讓人頗有感觸。
萬元熙談道：“過去我們與其他國家討論國際交流合作的時候，某些國家的官員總說‘我們跟你沒合作，沒有什么可獲得的’。現在，世界上許多著名的研究所都主動、積極地要求與中科院等離子物理研究所、中國磁約束聚變界進行廣泛合作。10多年來，隨著我國國力的強盛和改革開放的深入，一批有才干的、本土的聚變人才已經迅速成長起來，這對中國未來聚變研究是至關重要的。中國的聚變研究不是一代人能夠實現的，‘人造太陽’的夢不是一代人能夠完成的，這個夢要幾代人連續不斷的努力才能夠實現。”
萬元熙回憶：“我們宣傳受控熱核聚變的時候，許多領導會緊接著問‘我們什么時候能拿到聚變能？我們什么時候能夠發電？’我告訴他們，可能還要30-50年時間。‘哦，看來是太長了。’我要說的是，與人類歷史發展的長河相比，30年、50年算什么！50年的時間中國發生了翻天覆地的變化，如果再來30-50年，我們能夠一勞永逸地解決人類可持續發展最重要的清潔能源，無限的清潔能源，30-50年不成問題。”
據了解，研究建設“人造太陽”是一項極其耗費人力、物力、財力、時間的事業。比如，在托克馬克已經取得巨大成功的基礎上，國際聚變界曾在1984年聯合進行下一個試驗聚變堆的設計和研究。當時有幾個不同的版本。第一個版本是用100億歐元把這個試驗反應堆建造起來，國際聚變界、各國政府都覺得花錢太多；之后改成第二個版本，用50億歐元建造，現在已經得到各個國家政府的批準，中國也決定加入進來。50億歐元也僅僅能夠建造一個試驗反應堆，而這個試驗反應堆將會產生500兆－700兆瓦的聚變功力。
萬元熙介紹，中科院2月份進行試驗調試的時候，大概每天的電費就達5萬元左右，還不包括其他易損件的補充、更替和人力等。這樣一個裝置如果正常運行起來，每天運行和試驗的費用應當在10萬元左右。“幸運的是我們的工程調試非常成功，對于裝置的運行我們有95%的成功把握。聽到我們工程調試成功的消息后，世界上主要研究所著名科學家紛紛來電祝賀，并將于今年10月來參加我們的第二次國際顧問委員會。這就是說，我們的投入得到了非常好的回報”。
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