這個甜甜圈內，如何上演現代版“夸父逐日”？李建剛院士談“人造太陽” | 星聚墨子（7）

在墨子沙龍和SELF講壇聯合舉辦的2016年創新大會上，中國工程院院士李建剛，開展了一場題為《追逐“太陽”》的主題演講。

▲李建剛院士近照 來源：中國工程院官網

核聚變幾乎所有的技術都要用到地球上技術的極致。希望在我的有生之年，能夠建成人造太陽，讓那些沒有被文明所照亮的地方，最終被聚變能所點亮。作為一個中國人，第一個電站，我希望它建在中國。

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第一部分

如何告別化石能源：海水也有“超能力”

當前，全球依賴的主要能源如石油、天然氣等，終有一天將被耗盡。目前探明的煤炭儲量僅可再用200年，這意味著人類未來需告別化石能源時代。核聚變能產生巨大的能量。若能掌控并利用它，產生源源不斷的新能源，就好比創造出了一個可惠及全球的“人造太陽”。“人造太陽”是托卡馬克的俗稱，它就是人們未來得以實現“完美能源”暢想的化身。

▲安徽合肥“夸父”大科學裝置園區：下一代“人造太陽”在此研制核心部件。來源：新華社

核聚變被科學家認為是未來人類終極能源之一，可以大規模生產。一方面，它不會產生高排放的廢料，相反，核裂變電站使用的化石燃料，一旦發生事故，會產生長達上百萬年的放射性廢料。另一方面，聚變的產物是無毒無放射性的氦氣，非常清潔。

核聚變使用的燃料是海水里面氫的同位素，氘和氚，海水里面存在的氘，可供人類的一千個電站使用上百億年，也就是說資源是無限的。一杯水里面產生的氘和氚,相當于300公升汽油。未來，若核聚變電站建成，僅兩個電站即可為全上海供電，僅需200公斤的水和鋰。而煤電站共需要50萬噸原料，二者之間，天壤之別。

▲氫原子因原子核內的中子數不同，分化為氕、氘、氚三種形態 來源：澎湃新聞

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第二部分

長得像甜甜圈的“人造太陽”

怎么能夠實現人造太陽？上億度的溫度，要把它裝到任何容器中,容器都會頃刻之間煙消云散。科學家想了一個辦法，把一團火球上億度的等離子體，用磁場懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸，這個時候就可以把它加熱、控制，進而實現“人造太陽”。它的模樣就像你們吃的甜甜圈。

▲托卡馬克裝置基本結構 來源：中國科協會刊科技導報

1951年，自托卡馬克概念首次提出至今，人類的研究進展很大，中國、美國、日本等都在大裝置上實現了可控的核聚變，從科學上驗證了它的可行性。

托卡馬克最早是蘇聯人的發明。蘇聯人在90年代初期把他們的托卡馬克裝置賣給中國。國內的科學家們花了一年半的時間把它全部拆掉，又花了兩年的時間把它裝起來，做了大量的實驗。在其他國家只能實現幾秒鐘的聚變反應時，我們在這個裝置上面做到了60秒鐘，當時獲得了全國十大新聞級別的關注度。

▲2006年，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所自主建成全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）2025年1月，其實現“億度千秒”高質量“燃燒”，這是人類首次在實驗裝置上模擬出未來聚變堆運行所需環境，拍攝于2025年。來源：新華社

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第三部分

“ITER”與中國核聚變技術的飛躍

1985年，在美國、蘇聯的倡議和國際原子能機構（簡稱IAEA）的支持下，“國際熱核實驗堆（簡稱ITER）”得以確立，它是目前世界上僅次于國際空間站的又一個國際大科學工程計劃。目標是建造一個可持續燃燒的托卡馬克聚變實驗堆以驗證聚變反應堆的工程可行性，中國參與其中。

▲ITER計劃托卡馬克裝置概念圖 來源：ITER官網

參與ITER計劃極大促進了中國核聚變技術的進步。裝置內部需要一個磁籠以約束等離子體，它的內部線圈需360噸左右。我們國家在參加ITER國際合作之前，四十年之間只產生了36公斤線圈短樣。通過ITER，我們已形成全世界技術最先進，規模最大，產量最大的導線制造系統。西北有色金屬研究院旗下的西部超導公司已實現規模量產。此材料還也可供應于醫療領域的核磁共振。又比如，飛機落地的一剎那的沖擊力非常之大，對起落架材料的要求非常之高，利用ITER上面的材料，也解決了航母殲15的起落架的問題。另外，熱能的第一層屏蔽裝置“核導”，重8000噸，需耐零下269度極低溫和強輻射，這是一種特殊的不銹鋼。山西太鋼可年產上萬噸。

90年代初，我們就提出在全世界率先做全超導的托卡馬克裝置，這就是東方超環，我們希望它能夠長時間的，從幾秒鐘到、一百秒、一千秒甚至幾個月，持續維持上億度。想把時間做得更長，難度還有很多。核聚變幾乎所有的技術都要用到地球上技術的極致。希望在我的有生之年，能夠建成人造太陽，讓那些沒有被文明所照亮的地方，最終被聚變能所點亮。作為一個中國人，第一個電站，我希望它建在中國。

▲2026年央視春晚鏡頭聚焦合肥未來大科學城的夸父雕像。來源：安徽新聞聯播