看過災(zāi)難大片《2012》的人們可能還記得，影片里有一個(gè)龐大的、多國合作完成的“諾亞方舟”計(jì)劃，它承載著人類繼續(xù)繁衍生存的希望。目前，國際間進(jìn)行研究合作，共同建設(shè)的“人造太陽”國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆，它承載的是人類未來新能源的希望。
　　1985年，處在冷戰(zhàn)時(shí)期的美、蘇兩個(gè)核超級大國在日內(nèi)瓦峰會上就提出了一個(gè)人類歷史上前所未有的宏大合作計(jì)劃——“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃”，它被稱作“伊特爾”人造太陽計(jì)劃。1988年，該計(jì)劃正式啟動。經(jīng)過20多年的共同努力，在克服一個(gè)又一個(gè)重大科研難題的基礎(chǔ)上，由中、歐、日、韓、俄、美六方組成的ITER國際組織于2007年10月24日正式成立，后來印度也加入進(jìn)來。2010年11月，被稱為“人造太陽”的美國國家點(diǎn)火裝置(MF)完成了首次綜合點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)：192束激光系統(tǒng)使中心最高溫度達(dá)到華氏600萬度，相當(dāng)于恒星或大行星核心的溫度。雖然據(jù)說這次實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但科學(xué)家依然對NIF的未來充滿信心。
　　“人造太陽”的科學(xué)原理
　　我們所說的“人造太陽”就是把美國研制的192條激光束集中在一個(gè)像花生米大小的裝有重氫燃料的目標(biāo)上，然后把這個(gè)燃料加熱到一億攝氏度，并且施加足夠的壓力，讓重氫核發(fā)生劇變反應(yīng)，從而模擬出這種跟太陽內(nèi)部差不多的溫度和壓力，這個(gè)聚變不是核裂變，它的好處在于副產(chǎn)品當(dāng)中沒有放射性的物質(zhì)，而且它的燃料來源也比較容易獲取。實(shí)際“人造太陽”就是模仿太陽上時(shí)刻都在發(fā)生的核聚變。核聚變就是兩個(gè)原子核相聚、碰撞，結(jié)合成一個(gè)新的原子核的過程。1938年，德國科學(xué)家推測太陽能源可能來自它的內(nèi)部氫核聚變成氦核的熱核反應(yīng)，這甚至早于核裂變模型的提出。然而，與能夠在室溫下進(jìn)行的裂變不同，聚變發(fā)生需要巨大能量。這是因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)帶正電的氫原子核靠近的時(shí)候，根據(jù)“同性相斥”的原理，相互間的斥力將阻礙聚變的發(fā)生。要克服這種阻礙，只有兩種途徑：強(qiáng)大的引力或上億度的高溫。要想在地球上實(shí)現(xiàn)核聚變，只能依靠上億度的高溫。實(shí)現(xiàn)可控制的核聚變，就必須約束這些“亂跑”的等離子體。20世紀(jì)40年代末，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了“磁約束”概念，即通過強(qiáng)大的磁場形成一個(gè)封閉的環(huán)繞型磁力線，讓等離子體沿磁力線運(yùn)行。磁體通電后會產(chǎn)生巨大磁場，將等離子體攬?jiān)趹阎凶龈咚俾菪\(yùn)動，就好像鏈球運(yùn)動員一樣69fe11c28834dc2cc5bf0acc29346c94，雖然球在圍著身體高速旋轉(zhuǎn)，控制球的繩子卻一直抓在手里。根據(jù)這一原理，蘇聯(lián)科學(xué)家于1954年制造了第一個(gè)“環(huán)形磁約束容器”裝置——托卡馬克。然而，托卡馬克建堆需要三個(gè)要素：“高溫度、高密度和足夠的能量約束時(shí)間?！敝钡缴鲜兰o(jì)90年代，這些條件才逐漸接近或達(dá)到這三個(gè)要素，核聚變發(fā)電的可行性才得到證實(shí)。
　　
　　“人造太陽”有哪些作用
　　
　　太陽是通過內(nèi)部的核聚變不斷輻射熱量和能量的，面對人類能源危機(jī)，人們將希望的目光寄托在可控?zé)岷司圩兩?。上世紀(jì)50年代起，人類開始研究核聚變，于是產(chǎn)生了氫彈。而控制核聚變——讓核聚變產(chǎn)生的能量得到約束，溫柔平和地長期釋放——實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電，更成為人類的夢想。上世紀(jì)70年代至今，人類已向地球索取了大約5000億桶石油，科學(xué)家估算，按照此種開采速度，石油只夠地球人類44年之需，而天然氣也只能持續(xù)開采63年……能源危機(jī)已成人類未來發(fā)展不爭的事實(shí)。聚變能具有資源無限、不污染環(huán)境、不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點(diǎn)，是人類未來能源的主導(dǎo)形式之一，這一過程與太陽產(chǎn)生能量的過程類似，因此受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置也被俗稱為“人造太陽”。對于人類和平利用核能，目前我們熟悉的是各國普遍采用的核電站，它是靠核裂變產(chǎn)生的能量發(fā)電，而國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆則是靠核聚變獲取能量，它將更加環(huán)保，而且可利用資源無限大，a1d50fb27f56fab505501c73bc47d978還不會產(chǎn)生放射性廢料。如果我們能在地球上形成這種核聚變，實(shí)際上就是直接在造太陽，模擬太陽能源的制造機(jī)理制造能源。
　　“人造太陽”發(fā)展進(jìn)程
　　目前，世界首個(gè)多國合作探索核聚變應(yīng)用的國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)將進(jìn)入實(shí)質(zhì)性啟動階段。這個(gè)由歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國七方參與的計(jì)劃，被布爾卡特視為“一個(gè)實(shí)現(xiàn)成功控制核聚變夢想的機(jī)會”。我國的“人造太陽”EAST僅用8年時(shí)間便完成設(shè)計(jì)、預(yù)研、建設(shè)和試運(yùn)行，成為全世界聚變能開發(fā)的重要里程碑。它明確地顯示出中國對世界核聚變研究的貢獻(xiàn)，同時(shí)展示了中國科學(xué)家在物理和工程方面的能力。從2006年9月28日起的第一輪放電，到2007年1月15日起的第二輪放電，我國新一代“人造太陽”——全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)，以不爭的業(yè)績向世人表明中國人在核聚變實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域站到了世界前沿。人造太陽計(jì)劃是目前世界上僅次于國際空間站的國際大科學(xué)工程計(jì)劃，是人類受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步，因此備受各國政府與科技界的高度重視和支持。該計(jì)劃涉及到全球60％的人口和80％的GDP，其預(yù)算總經(jīng)費(fèi)是100億歐元，其中歐盟承擔(dān)40％，其余6方各承擔(dān)9％。從2008年開始，伊特爾試驗(yàn)堆工程已經(jīng)在法國南部城市卡達(dá)拉舍進(jìn)行建設(shè)。國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目預(yù)期持續(xù)30年，10年作為工程建設(shè)，20年作為運(yùn)行。中國在2003年2月宣布作為全權(quán)獨(dú)立成員加入該計(jì)劃，這意味著中國承諾承擔(dān)國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆工程總造價(jià)100億歐元的10％，并享受全部知識產(chǎn)權(quán)。從1990年開始，中國科學(xué)院等離子體物理研究所歷時(shí)3年多建成中國第一臺超導(dǎo)托卡馬克裝置——HT——7，使中國成為繼俄、法、日之后第四個(gè)擁有同類實(shí)驗(yàn)裝置的國家，實(shí)驗(yàn)中最高電子溫度超過5000萬攝氏度，并獲得可重復(fù)的大于300秒的等離子體放電。
　　
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