我們每天都看太陽，卻未必真正懂它。

它準(zhǔn)時(shí)東升西落，為地球提供光和熱，溫暖又讓人感到安穩(wěn)。但事實(shí)上，太陽遠(yuǎn)比想象中瘋狂：它是一顆規(guī)模巨大、永不停息的恒星。它的體積能容納130萬個(gè)地球，質(zhì)量是地球的33萬倍。其核心溫度高達(dá)1500萬攝氏度，足以瞬間蒸發(fā)地球上任何已知的物質(zhì)。

之所以能源源不斷地釋放能量，太陽靠的是核聚變。這種反應(yīng)讓它毫不費(fèi)力地燃燒了46億年，從未熄滅，也幾乎沒有絲毫衰減。

既然我們明白了它的力量從何而來，那么我們能不能在地球上造一顆太陽呢？

據(jù)新華社報(bào)道，在安徽合肥科學(xué)島上一處高達(dá)30余米的寬闊實(shí)驗(yàn)室里，中國的科學(xué)家，正在造出新的“太陽”。其核心溫度，比太陽還要熱上數(shù)倍。而能夠讓這個(gè)“太陽”運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，名為“夸父”。2025年，“夸父”項(xiàng)目將要全部建設(shè)完成。

為什么要造一顆“太陽”？

造“太陽”這件事，人類其實(shí)已經(jīng)琢磨了幾十年。

20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家提出托卡馬克模型，用磁場模仿太陽核心的極端環(huán)境。之后，美國、日本、法國等國紛紛加入，地球上的“人造太陽”成為科學(xué)界的共同夢想。只不過這個(gè)夢想，經(jīng)常因?yàn)殡y度太高，被調(diào)侃為“永遠(yuǎn)差30年”。

直到最近幾年，現(xiàn)實(shí)開始讓這個(gè)夢想變得更急迫。

我們今天用的大多數(shù)能源，依然來自化石燃料——煤炭、石油、天然氣。這些能源為工業(yè)社會(huì)帶來繁榮的同時(shí)，也制造了巨大的副作用：溫室氣體排放導(dǎo)致氣候變暖、空氣污染日益嚴(yán)重，而這些資源本身也終將耗盡。

眼下被稱為“清潔能源”的風(fēng)能和太陽能，雖然環(huán)保，但它們的供應(yīng)受制于天氣。陰天、無風(fēng)、用電高峰……只要條件不穩(wěn)定，發(fā)電就可能“掉鏈子”。傳統(tǒng)核電站靠的是核裂變反應(yīng)，雖然高效，但會(huì)產(chǎn)生高放射性廢料，安全問題和后期處理一直難以徹底解決。

聚變能源的出現(xiàn)，正是為了應(yīng)對這幾重難題。它模仿的是太陽的能量來源，將兩個(gè)輕原子核在極高溫高壓下融合成一個(gè)重核，同時(shí)釋放出巨大能量。整個(gè)過程不會(huì)排放二氧化碳，也不會(huì)留下高放射性廢料。所需的原料主要是氘，它廣泛存在于海水中，在地球上，幾乎取之不盡。

理論上，1克聚變?nèi)剂夏墚a(chǎn)生的能量，相當(dāng)于300升汽油。這種效率，放在現(xiàn)實(shí)世界里，就是更小的體積、更低的污染、更穩(wěn)定的供電——一旦實(shí)現(xiàn)，將改變整個(gè)能源格局。

這不是幻想，而是所有國家正在爭奪的能源未來。

如今，法國正在建設(shè)的ITER，就是目前世界上最大規(guī)模的聚變實(shí)驗(yàn)堆，集結(jié)了30多個(gè)國家共同參與；美國則在推進(jìn)SPARC項(xiàng)目，想用高溫超導(dǎo)材料造出一臺(tái)更小、更快、更商業(yè)化的聚變設(shè)備。其他國家也各有路線，競爭的格局已經(jīng)成型。

而中國，已經(jīng)率先點(diǎn)燃了自己的“人造太陽”，并在核心技術(shù)上建立起完整實(shí)驗(yàn)路徑，躋身世界先進(jìn)水平。

“夸父”與“人造太陽”

如果說太陽是靠聚變反應(yīng)發(fā)光發(fā)熱的，我們在地球上復(fù)制太陽，第一步就是能不能把這團(tuán)“火”先點(diǎn)起來。

2006年，在合肥的科學(xué)島上，中國建成了一臺(tái)名叫EAST的實(shí)驗(yàn)裝置。簡單來說，EAST就像一個(gè)空心甜甜圈，用強(qiáng)磁場把高溫的等離子體——也就是那團(tuán)“火”——懸在空中。這個(gè)火團(tuán)溫度高達(dá)1億攝氏度以上，比太陽還要熱，任何物質(zhì)都無法直接接觸它，所以必須用“看不見的磁籠子”托住它，控制它，不讓它亂撞。

中國工程院院士、等離子體物理學(xué)家李建剛接受新華社采訪時(shí)，舉了一個(gè)通俗的例子來解釋這個(gè)裝置：“聚變能就是一個(gè)‘小太陽’，我們要做的是讓這個(gè)1億攝氏度的‘小太陽’懸浮在一個(gè)零下269攝氏度的‘大冰箱’里，這件事情在我們之前全世界都沒有做過。”

為了實(shí)現(xiàn)這一句話所描述的情況，李建剛與團(tuán)隊(duì)在研究“人造太陽”的20年里，至少遇到5萬次失敗的實(shí)驗(yàn)。

最終，EAST做到了。它先后把溫度提高到1.58億攝氏度，是太陽核心溫度的10倍；還讓這團(tuán)火穩(wěn)定地燃燒了1066秒（相當(dāng)于17.7分鐘），沒有熄滅，也沒有失控。

1000秒，是聚變發(fā)電的一道門檻?！熬圩兎磻?yīng)達(dá)到千秒量級(jí)，就能夠較好地實(shí)現(xiàn)自我維持?！敝袊茖W(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長宋云濤接受《半月談》采訪時(shí)說，這意味著人類首次在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出未來聚變堆高效穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的必備條件。

1.58億攝氏度和1066秒，也成為人類目前在聚變實(shí)驗(yàn)中取得的最高“溫度+時(shí)間”的成績之一。

但這還只是開始。能否為人類提供能源，還要看這個(gè)“人造太陽”是否能被嵌入一整套系統(tǒng)，像電廠一樣穩(wěn)定運(yùn)行。不止十幾分鐘，而是一天，甚至幾天都能穩(wěn)定運(yùn)行。到了那一步，才是“太陽”真正升起的時(shí)刻。

這件事得靠一整套復(fù)雜系統(tǒng)配合完成。磁體制造強(qiáng)磁場，把那團(tuán)高溫火球托在空中；通過真空系統(tǒng)營造一個(gè)純凈的反應(yīng)環(huán)境；第一壁材料要抗住上千度的持續(xù)高熱；冷卻系統(tǒng)必須及時(shí)把多余的熱量帶走，避免裝置過熱或失控。

這些系統(tǒng)每一環(huán)都不簡單，拼在一起就更難了。到目前為止，這樣的“完整拼裝”從未真正做過。所以中國決定，先建一個(gè)“預(yù)演平臺(tái)”，把所有關(guān)鍵系統(tǒng)都搭起來，試試看它們能不能協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是CRAFT，中文名字為“夸父”。

簡單來說，“夸父”就是要保證“人造太陽”能夠穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。2018年年底，“夸父”獲批建設(shè)，目標(biāo)在2025年年底完全建成。這是一個(gè)國際上沒有經(jīng)驗(yàn)可循的科學(xué)任務(wù)。

“太陽”誕生于一座島上

在這場全球的聚變競賽中，中國之所以能選擇一條不一樣的路線，很大程度上是因?yàn)橛幸蛔鶏u。

它不在海上，而是在合肥西郊——一塊被湖水環(huán)繞的人工半島，地圖上標(biāo)注為“科學(xué)島”。這座島上，沒有游客，也沒有展廳，這里密集搭建著中國最完整的聚變實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也聚集著一群長期駐守的科研團(tuán)隊(duì)。

科學(xué)島的聚變研究，起步早、鏈條長。早在20世紀(jì)70年代，中國就在這里設(shè)立了等離子體物理研究機(jī)構(gòu)，從基礎(chǔ)理論到裝置建設(shè)，一步步在島上打底搭架。從那時(shí)起，磁控、真空、熱控、材料等子系統(tǒng)就開始協(xié)同推進(jìn)，逐漸發(fā)展成如今的系統(tǒng)。

“夸父”不是孤立裝置，而是一條連續(xù)環(huán)節(jié)，彼此銜接，在這座島上，一步步地搭出來，最終幫助中國科學(xué)家完成“人造太陽”發(fā)電的目標(biāo)。

在全球范圍內(nèi)，這樣的平臺(tái)密度和推進(jìn)節(jié)奏并不多見。研究人員常年駐守在島上，有人說，他們不是在做科研，而是在給“太陽”建一套“可持續(xù)運(yùn)行的生命維持系統(tǒng)”。

“我們當(dāng)前研究主要集中在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究和工程技術(shù)驗(yàn)證階段，且取得了良好成果。但聚變研究是一個(gè)持續(xù)攻關(guān)的過程，需要幾代科研人員幾十年的接續(xù)奮斗?！敝袊茖W(xué)院等離子體物理研究所副研究員王騰接受中央電視臺(tái)新聞?dòng)浾卟稍L時(shí)說，“預(yù)計(jì)10年內(nèi)能夠進(jìn)行聚變發(fā)電演示，未來20年到30年能夠真正走進(jìn)千家萬戶，實(shí)現(xiàn)聚變能商用?！?/p>