受益概念股 受控核聚变装置 中国准环对称仿星器研究取得突破

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当人类攻克了核聚变的大关之后，世界会发生什么变化？

核聚变是人类在不远未来对能源利用的有效方案。 核聚变是获得原子能的方法，通过轻核聚合引起原子核结合能变化。 核聚变所需的是氢燃料，相对核裂变，更加安全和洁净 。 但如何实现可控核聚变，目前还是人类需要解决头等大问题。 核聚变的条件与技术实现。 由于核聚变的温度高达千万度以上，在这样的状态下，所有原子成为等离子态，而且 核聚变条件除了高温，还要使等离子体密度足够大，维持时间足够长 ，这样才能发生自持的核聚变反应。 这样只有太阳这样的恒星才具备这样的天然条件，不断释放出巨额的光和热量。 恒星依靠自身巨大的质量和引力能够束缚等离子体，在高温下持续的核聚变。 当前人工可控核聚变的困难 人工可控核聚变的困难在于如何实现对高温等离子体的束缚，地球上当然无法具有恒星那样足够大的引力来约束高温等离子体。 目前研究可控聚变的有效途径是 磁约束和激光惯性约束 等方案，国际和国内都启动了多项可控热核聚变实验堆的研究，尽管对核聚变过程的研究进行了数十年，但目前对还具有很大的技术挑战，乐观估计，离商业应用还要几十年的时间。 一旦突破可控核聚变，人类的发展就进入到了新纪元 一旦人类突破了可控核聚变，地球上的能源危机当然就不复存在；燃烧石油等碳基能源所造成的的温室效应，也会得到有效的治理。 目前，一些科学家们对文明的分级也是以能源的利用为标准的。 所以一旦人类实现可控核聚变，就可以利用装载核聚变发动机的飞船，实现星际旅行的目的，去寻找更多的资源和 探索 星空秘密，我们的征程是星辰大海。 我在能源领域干了二十多年，应该算比较了解这个问题。 我就简单分析一下吧。 先说题目的问题，核聚变人类已经能实现了，这就是“氢弹”，题主可能想问的是 “可控核聚变 ”吧？按照套路，我们先说说什么叫做核聚变？ 核聚变，又称聚变反应，是将两个较轻的原子核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核或粒子的一种核反应。 在这个过程中，核聚变反应将一部分反应物的质量转化为了能量。 太阳就是一个巨大的核聚变反应堆。 氢弹就是利用核聚变释放的巨大能量摧毁目标的。 什么是可控核聚变？ 可控核聚变就是人工控制核聚变的能量输出过程，使能量输出大小满足人类对能量的动态需求。 最容易实现的聚变反应是氢的同位素：氘与氚的聚变。 氘在海水里存储约有40万亿吨，理想状态下释放出的能量足够人类使用上百亿年，聚变后产生的是没有放射性污染的氦。 根据爱因斯坦的质能方程：E MC²，可以简单的算出1千克物质完全的转换为能量可以得到9 10 16焦耳的能量，换算成电能约为250亿千万时。 2016年，全 社会 用电量亿千瓦时。 这只需要大约340吨聚变燃料就能满足全国的用电需求了 。 可控核聚变反应堆离商业运行大约还有50年。 可控核聚变对我们世界的影响 可控核聚变实现商业运行后，人类再也不会为能源问题担忧，它的影响是巨大的： 首先它推动人类进入了所谓的第一类文明（目前为0.7级文明），即：“行星文明”。 我们所发生的历次工业革命从本质上来说，就是对能源的利用方法和效率的变革。 可控核聚变的商业运行无疑将推动另一次工业革命（估计是第五次工业革命，前四次分别是：蒸汽机革命、电气化革命、信息革命、人工智能革命），人类 社会 发展又将走上一个快车道。 在政治上，全球的能源格局将全盘洗牌，中东的石油资源不能再成为一些国家的撒手锏，实现了世界的能源均衡化。 能源问题从此以后就不会成为战争的导火索了，世界将更加和平。 环境问题将得到解决。 由于可控核聚变的产生物为氦，没有环境污染问题，也没有温室气体排放问题，而且能源更加便宜，我们将告别雾霾…… 人口增长与耕地减少的问题得到缓解。 相对便宜的能源为现代农业工厂的实现提供了可行的条件。 可以采用现代化的农业种植大厦来种植农作物，采用低耗能的电灯来提供光合作用。 战争的风险进一步降低。 人类将开启太空时代。 目前人类 探索 太空的限制主要是缺乏充足、可靠的能源供应，有了可控核聚变后，再加上无工质引擎，我们的将征服整个太阳系，到时候移民火星将不成问题。 最新消息：美国麻省理工学院科学家表示，核聚变发电的梦想即将在15年内变成现实。 估计是取得了重大突破！要记住：核聚变是国际合作项目，谁取得了突破都是好事！实现低成本的可控核聚变意味着人类获得了几乎取之不尽用之不竭的能源。 国际热核聚变实验反应堆，计划于2025年点火，预估总造价超过150亿欧元，以目前的进展来看，这个项目流产的可能性在不断增加 现如今人类已经实现了（极短暂的）可控核聚变，但是 反应堆的建造成本和使用维护成本奇高，离商用还遥不可期 。 我们不妨浪漫的设想一下，如果低成本可控核聚变得以实现，地球和人类文明会发生怎样的变化——（低成本是指成本是现有能源的1/10甚至更低）1、饥饿将彻底消失： 即便在今天，世界上仍有高达8.21亿人处于饥饿之中，而且这个数字仍在上升，然而于此同时，发达国家的消费者每年要丢弃高达40%的食物，全球范围内有25%以上的食品损失在运输环节。 全球粮食生产的总量是够的，但地区间差异巨大，而远距离运输成本高，使得很多地方的人还吃不饱肚子 ，当低成本可控核聚变实现，运输成本将大幅下降，粮食可以实现全球范围内的分配，饥饿将彻底消失。 2、淡水危机解除 目前海水净化的主要问题就在于成本，即便是以色列最先进的海水淡化工厂，每吨淡水的生产成本也在5块以上，成本结构里，能源成本（电费）占据了绝大部分，这使得海水淡化技术难以大面积推广应用。 当低成本可控核聚变实现，海水淡化和远距离运输的成本将大幅下降，干旱和淡水匮乏将成为往事。 3、环境危机，特别是全球变暖问题得以解决 当前全人类面临的最大的问题就是全球变暖，其根源就在于人类无法摆脱对化石燃料（石油、煤炭）的依赖，产生大量的温室气体二氧化碳，导致全球气候变暖。 核聚变是一种清洁能源，没有温室气体排放，产生的核废料半衰期非常短（能快速转变为无放射性物质）、即便发生核泄漏危害也较低，撤离半径仅需要一公里，这比目前的核裂变反应堆泄露的危害要小的多得多。 人类掌握可靠的可控核聚变技术也意味着人类文明迈入了一个新的纪元，再丰富的想象力也难以预测到了那一天究竟会发生什么，让我们一起静静等待人类文明闪耀的那一刻到来吧！ 看了朋友们一些回答，说的都很好。 攻克核聚变，应该说攻克可控核聚变，这个世界的能源领域就宽广了很多。 就像过去人类发现发明的机器和电力，从此走出了黑暗的农耕时代，进入了高速发展的现代生活。 任何科学的重大发现和发明都能够极大的推动人类 社会 的进步，可控核聚变的实现，将促进人类文明进入一个新发展时代。 核聚变的理论形成已经半个多世纪了，人类早就已经实现了核裂变和核聚变的部分应用，比如原子弹、氢弹，就是典型的核裂变和核聚变的应用。 但原子弹和氢弹的爆发是瞬时作用的，这种巨大的能量是不可控的爆发。 人类已经掌握了可控核裂变的技术，并且已经广泛的运用与生产与生活，主要表现在核发电和核反应堆驱动，2006年世界核子发电在全部电力里面就已经占有15%的比重，这方面中国起步晚，占比较低。 但人类对核聚变的运用还一直在研究中，进展较为艰难缓慢。 可控核聚变之所以比可控核裂变更难攻克，是因为进行核聚变的条件更为苛刻和困难。 在太阳中心，每时每刻都在进行着核聚变，每秒钟有6亿吨的氢转变成5.96亿吨氦，释放出400万吨氢的能量，正是这巨大的能量给太阳系所有的行星、卫星、矮行星、小行星、星际物质等提供了光和热。 激发这种能量的是太阳核心3000亿个大气压的压力和1500万度的温度。 地球上无法提供这么高的压力，只有靠提高温度来实现核聚变，这样要求温度达到上亿度。 所以如何达到这样的温度，用什么样的容器或者方式来约束这种温度，是目前科学界需要重点解决的关键难题。 人类之所有这么重视可控核聚变的开发，因为它具有很高的比较优势。 相比核裂变，核聚变有如下优势： 1、核聚变释放的能量比核裂变更大。 据测算6个氘核共放出43.24MeV能量，相当于每个核子平均放出3．6MeV。 它比n+裂变反应中每个核子平均放出200/236=0.85MeV高4倍。 2、核聚变无高端核废料，可不对环境构成大的污染。 而核裂变由于原料铀的储量不多，政治干涉很大，放射性与危险性大，核裂变的优势无法完全利用。 3、核聚变燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨。 每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。 所以，如果能够实现可控核聚变，人类将能够克服阶段性的能源危机，真正的从“石油文明时代”走向“核文明时代”，人类文明将提升到一个新的层次。 近年来，可控核聚变的研究正在提速，在许多具体方面有所突破。 中国的核聚变“人造太阳”实验装置EAST（先进超导托卡马克实验装置），已经获得超过101.2秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行，在这方面走到了世界前列。 能不能像常常说的最终实现弯道超车，还有待后续努力。 有报道德国仿星器核聚变反应堆研究取得突破进展，而美国洛克希德马丁公司早在2014年就宣布，可控核聚变技术小型化取得突破，一个可安装在卡车后端的小型反应堆有望在十年内诞生。 这些都是可喜的进步。 科学界预测了，受控核聚变发电有可能在2025年实现商业运营，2050年将有可能广泛的服务于 社会 。 时空通讯在过去已经多次提到过宇宙三级文明等级的划分，这是前苏联科学家卡尔达舍夫在上世纪六十年代提出来的一个理论。 卡尔达舍夫认为宇宙文明的主要衡量度标是能源的控制和使用，可分为行星级一级文明，恒星级二级文明，星系级三级文明。 每一级文明的提升，都伴随着能源使用的数量级增长。 他的这个理论尽管只是一种假设，但得到了科学界广泛的认同。 科学界测算，人类文明目前还只有0.73级，要达到一级文明，我们人类所需要的能源还要在现在的基础上增加倍以上，而达到二级文明则需要增加能源控制和使用能力100亿倍以上。 实现了可控核聚变，解决了能源危机，使人类控制和使用能源的能力得到大大的提升，有可能使人类文明在100年内达到一级行星级文明。 当然要实现二级文明人类还需要几千年的奋斗（这方面的介绍请查看时空通讯过去发表的相关文章）。 由于可控核聚变能料的高度浓缩化，人类有可能实现深空 探索 和开发。 我们现在的火箭采用的是常规能源，发射到地球轨道就需要燃料成百上千吨，所以无法带着很多燃料远航。 如果核聚变，30毫克的氘就相当于300公升汽油，三公斤氘就相当于吨汽油的能量，如果氚核聚变则可以实现更大能量的输出。 这样飞向深空再也不要携带大量的燃料了，就有可能飞的更远。 当然太空远距离航行还需要伴随着引擎和太空生存保障等诸多方面科学技术的同步提升，才有可能实现。 核聚变的能源地球上储存量巨大，够人类使用一阵子。 这就是时空通讯的看法和认知，欢迎点评。 时空通讯原创作品，已经授权“维权骑士”予以版权保护，如有需要请联系作者授权，侵权必究。 谢谢关注支持和理解。 我来蹭一波热度。 相信大家最近都被中国人造太阳等离子体中心温度达到1亿摄氏度而领先全球的消息刷屏了吧。 题目中所说的应该指的就是 可控核聚变技术 ，核聚变是什么呢？看看天上的太阳，它为什么可以一直发光发热，它烧的是什么，为什么可以烧这么久呢？ 太阳之所以发光发热那是因为在太阳的核心，高温高压的状态下，氢原子之间发生核聚变反应而释放出大量的能量，然后源源不断地输送到太阳的表面并辐射到整个太阳系。 原子核裂变和聚变都可以释放出巨大的能量，原子弹利用的是核裂变，氢弹则利用的是核聚变，核聚变相比于核裂变更难以进行，释放的能量也更加可怕 ，在太阳的核心处，温度高达1500万摄氏度，压强也是大得可怕。 核能是清洁能源，长期以来人们利用的都是核裂变产能，但是对于核聚变，人类目前还只能掌握氢弹这一种不可控制的核聚变形式。 与传统的发电方式相比， 用核燃料效率高得多，比如产生100万千瓦的电能，需要消耗50万吨煤，但是却只需要30吨核燃料。 广义上来讲，核燃料是取之不尽用之不竭的，核裂变产生的能量都这么大，核聚变就更不用说了，如果人类有一天可以掌控可控核裂变，那么可以毫不夸张地说，人类讲不会再有能源危机。 但是将这一过程可控化却是很难的，首先需要满足的就是高温，高温是等离子体生成的先决条件，等离子体指的是电子中子脱离原子核之后和原子核形成的一种离散的状态。 但是光有温度还是不够的，还需要高压，但是这一点就更难以办得到了， 因为地球上没有一个容器能够承受核聚变所需要的高压条件。 所以呢，高温就成了唯一的发展方向，并且这个温度一般都在一亿度以上。 虽然我国在了可控核聚变技术上的研究已经步入了世界前列，但是距完全掌控核聚变技术还有很长的路要走。 如果有一天人类真的攻克了可控核聚变技术，那么正如我上面所说的，人类将不会再有能源危机，与此同时，当今世界因为能源争夺而带来的战争到时候应该也没理由存在了。 人类攻克了核聚变后，世界能源 历史 将进入一个从能源短缺到能源取之不尽，用之不竭的新纪元。 从此，人类的文明也即将进入大跨越发展的新时代。 首先，石化燃料将迅速消失，燃煤电厂将全部拆除，燃油 汽车 退出 历史 舞台，煤矿、石油、天然气基地、炼油厂，加油站全部关闭，甚至风电太阳能电站也逐步淡出。 取而代之的是超清洁的氢能发电站遍布世界各地，更加发达的输电网将世界连成一体。 大气污染成为 历史 ，温室效应大气升温的效应终于得以控制。 不管是乡野还是城市，篮天白云下的人们享受能源 科技 革命带来的无限美好生活。 其次，电费成本大幅下降，超级便宜的电能改变人们的生活，用电做饭，用电取暖，用电能出行，石化的副产品塑料也将消失，人们不再担忧大量塑料产品对自然环境造成的伤害。 人们的日常生活用具重新回归纸基，大量用植物纤维做成的日常用品填充人们的生活。 第三，超级便宜的电能让海水淡化普及，中东，非洲和我国的西部沙漠隔壁，从此有了源源不断的淡水水源，大片的森林绿洲庄园在沙漠成长，一大批因能源革命而崛起的新兴城市不断涌现出来，人类在改善贫瘠土地和荒漠的同时，也改变了气候。 第四，蓄电电池技术终将突破，各种大中小号的超能蓄电池，遍布生产生活的各个领域，随着智能化的普及，身携超能电池的机器人忙碌于山林田野，城市乡村，人们慨叹生活之便利和美好，贫穷饥饿永远不再。 第五，能源革命使 探索 太空拥有了广阔的发展空间，源源不尽的能源使太空飞船的吨位、速度有了质的飞跃，大型太空站的兴建以及月球基地的建设，使得人民向往太空，飞往太空的梦想成为现实。 当人类攻克了核聚变的大关之后，世界会发生什么变化？不要被二次世界大战末的美国人1945年8月6日在日本广岛长崎投掷的二颗原子弹而谈“核”聚变。 当地球人类在100年之内攻克了核聚变的大关后，人类会制造“核能火箭 ，”将其应用于“猎户座计划”和2011年，DARPA与NASA倡导的一个“百年星舰”计划。 建造一艘真正星际飞船，而是要集合世界上顶尖科学家，为下一个世纪的星际旅行制定一个切实可行计划。 这个可以追溯其 历史 到 20 世纪 50 年代。 当时大多数人生活在核战的恐惧之中，但少数原子科学家在寻求和平利用核能。 他们考虑了种各样的想法，比如利用核武器来开辟港口和海湾。 由于担心核爆炸的副作用和破坏力，这些想法大多被否决了。 然而，有一个有趣的建议吸引着人们。 它被称为“猎户座计划”，寻求利用核弹作为星际飞船的动力来源。 计划的框架很简单:制造迷你型原子弹，然后从飞船的尾端逐个发射。 每次迷你型核弹爆炸，都会产生一股能量冲击波，推动星际飞船前进。 原则上，如果连续释放一系列迷你型核弹，火箭可能被加速到接近宇宙中最快的光速。 这个想法由核物理学家泰德·泰勒和弗里曼·戴森共同提出。 泰勒因设计了多种核弹而闻名，从有史以来最大的核裂变炸弹(核爆炸威力约为投掷在广岛原子弹的 25倍)到大卫，克罗克特便携式核导弹(其威力是广岛原子弹的千分之一)但他渴望将自己在核弹方面的广博知识用于和平目的。 于是他抓住了制造猎户座号太空舱的机会。 这一任务主要的挑战是如何精准控制一系列小爆炸,使星际飞船能安全地驾驭核爆炸的冲击波而不在这个过程中被摧毁。 为了实现这一目的，一系列速度范围的设计方案被制定出来。 其中最大的模型直径为14 英里，重达 800 万吨，由 1080 枚炸弹推动。 理论上，它可以达到光速的 10%，并在 40 年内到达半人马座阿尔法星。 尽管这艘飞船体型巨大，但计算表明它可能是可行的。 然而，批评人土一致认为，这艘核脉冲星舰会释放出放射性尘埃。 泰勒反驳说，当尘埃和金属炸弹外壳在爆炸后变得具有放射性时，才会产生放射性尘埃，因此，如果飞船只在外太空启动发动机就可以避免这种情况。 但是 1963 年的《部分禁止核试验条约》也使得对小型原子弹的实验变得更困难。 猎户座号太空舱的最终归宿是作为一种好奇写入古老的科学书籍。 核能火箭的缺点:猎户座号太空舱项目终结的另一个原因是泰德·泰勒本人对此失 去了兴趣。 既然这似乎是发挥了他的天赋，为什么不再支持这项 探索 。 他解释说:建造猎户座号太空舱将会产生一种新型的核弹。 尽管他一生大部分时间都在设计铀裂变炸弹，但他意识到有一天 猎户座号太空舱可能也会使用特别设计的强大氢弹，他停下了脚步。 这些炸弹能释放科学上已知的最大能量。 它们经历了三个发展阶段。 20 世纪 50 年代的第一批氢弹是体积巨大的装置，需要大型船只来运输。 实际上，它们在核战争中毫无用处。 第二代核弹是小型、便携式多弹头分导导弹，它们是美国和俄罗斯核武器库的主力。 核聚变火箭在概念上是可靠的，但是核聚变能量还没有被证明。 此外，这些火箭的巨大规模和复杂性使人们对其可行性产生了怀疑，至少在 21 世纪是这样的。 尽管如此，核聚变火箭被认为是除光帆外最有希望实现的。 知足常乐于上海2019.12.13日 首先核聚变并不难，例如氢弹的工作原理就是核聚变，但氢弹除了作为武器之外，对人类并没有其他的用处，所以人类真正需要的，是可控的核聚变，从某种意义上来说，太阳就是一个巨大的可控核聚变机器，这个机器可以在数百亿年的时间之内，持续的产生能量。 那么一旦人类掌握了这种技术，就意味着人类跨入了另外一个时代，例如我们都知道科学的发展，离不开对于能源的利用，而现在的主流能源，无非就是石油和煤炭，这两种能源都是化石燃料，化石燃料最大的问题，就是开采难度大，并且还会产生污染物。 而可控核聚变的原料，是由氢的同位素氘，而氘这种东西，地球上非常非常的多，根据一些计算来看，海洋当中储存的氘，大概有40万亿吨以上，那么一般来说0.03克的氘，就可以释放出300升汽油产生的能量，所以一旦可控核聚变成真，人类就和那些化石能源说再见了。 其次可控核聚变一旦成真，人类必将大规模进入太空，现代人类在 探索 太空的时候，最大的问题就是能源补充，例如国际空间站每隔一段时间，就需要派人去运送物资，但每一次的发射，都需要耗费数千万美元，所以人类对于太空的 探索 ，会受到相当大的掣肘。 如果可控核聚变的技术能够实现，人类就可以将成本压低，甚至我们可以在月球或者火星，建造一个大型的可控核聚变反应堆，一旦这样的反应堆建成，人类既可以在这个星球上立足，进而改造这个星球，所以可控核聚变的技术，非常非常的重要，只要一旦实现，人类就进入了一个新的时代。 核聚变一旦投入正式运用，最明显的就是该国的 能源问题 可以说是得到了 永远解决 。 石油可以就退出 历史 舞台了， 那群靠石油富起来的中东国家，可就哭惨了。 如果中国能率先掌握，老美估计得慌的不行， 民族的复兴指日可待 。 咳咳，不多说了，下面就来介绍一些 相关知识 ： 核聚变 其实道理很简单，如果你能想法设法让 两个原子的原子核（一般是氢同位素），撞到一起，聚合为一个新的原子核。 在这个过程中能释放出巨大能量 。 爱因斯坦的质能方程就能派上用场了。 不过人工核聚变也是分层的。 像氘氚聚变是最早的一代核聚变，比如 一个氘和一个氚反应 ，就能释放出17.6兆电子伏特的能量。 虽然原料是海水，可以说用不完，但是也有缺点。 就是要释放出中子，这样会导致聚变装置寿命降低。 最完美的当属氦3反应 ，没有中子，也没有氚的放射性。 可控核聚变的难点高温高压 ：高温可以让粒子运动速度加快；高压，可以是粒子运动范围缩小，而 这两个都能提高粒子相互撞击的概率。 以 太阳为例 ，我们知道太阳无时无刻不在进行这核聚变反应。 为什么它能那么稳定持续的输出能量呢？因为太阳发生反应的内核，温度在一千到两千万度左右，并且有着强大的 引力约束 。 所以原子核相撞的前提就有了。 但 那项技术是恒星的专利，在地球模拟不了 。 于是我们 只能提高温度，甚至要达到上亿度 。 但是这么高的温度的等离子体，增压才能控制住，保证反应装置不被“烫”坏？目前主流的方法都是 磁约束 ，这些高温等离子体，被磁场拘在一起，维持聚变的状态，不停的旋转运动。 所以如何做到持续的高温的同时，还能保证装置不被损坏。 我们离正式投入使用估计还有几十年要走。 祝工作顺利~期待您的点评！ 右上角关注哦！攻克核聚变大关，很多人想到的往往是实现了可控核聚变。 不过，核聚变的大关不止这一个，突破可控核聚变大关后还会有新的大关。 托克马克、仿星器等有个外号叫做“人造太阳”，虽然内部进行的也是核聚变，但是和太阳上的核聚变并不一样。 核聚变指的是将轻原子核合成为较重的原子核的过程，在这个过程中可以释放出大量的能量。 不过即使是不可控核聚变，人类目前能够操作的也只是氘和氚这两种氢的同位素的核聚变，还不能实现最常见的氢原子核的聚变。 尽管目前看地球上的氘和氚资源足够人类使用一段时间，但人类对能源的需求是不断扩大的，受控核聚变的实现不会让人类一劳永逸。 而太阳上主要进行的是质子-质子链反应，依靠质子（氢的原子核）就能实现轻核的聚变。 太阳可以直接使用更常见的氕进行核聚变，这个过程人类还没有掌握。 质量更大的恒星还能进行更多种的聚变，一直聚变到铁都是向外释放能量的。 这样的过程人类更是无能为力。 人类对能源的需求不会因可控核聚变的实现而止，人类对科学的 探索 也是永无止境的。 受控核聚变实现后，人类欢呼一下之后，又会投入到对下一个大关的攻克上。

“人造太阳”亮相在即！在地球上“种太阳”现实吗？

#我眼中的中国科学家# “人造太阳”亮相在即！在地球上“种太阳”现实吗？

“人造太阳”

2020年12月，国际热核聚变实验堆(ITER)即将投入试运行。 这个有“人造太阳”之称的项目其实就是一个大规模的核聚变反应装置——“托卡马克”。 我国在该项目中担任众多核心部件的制造以及其他工作。 未来，人类或许可以实现在地球“种太阳”的梦想。

目前，太阳系内的这颗恒星正处在壮年，未来还有几十亿年的寿命， 人类为什么还要再制造一个“太阳”呢？

宇宙概念图

众所周知，人类的生存离不开各种能源，然而地球上的能源毕竟是有限的，比如煤、石油、天然气等。

为了解决这个问题，人类积极的开发各种新型能源，比如风能、水能、太阳能等。 其中太阳能是最不受限制、且无污染的人类未来主流能源之一。

“人造太阳”简单的说，就是建造一个模拟太阳释放能量的装置，永久地解决人类能源短缺的问题，ITER项目就在这样的设想下诞生。

“人造太阳”的原理是什么？

我们知道，太阳产生的能量是来自于其内部的核反应，这种反应有两种形式：核裂变和核聚变。

核聚变的两种形式

核裂变又称核分裂，是由一个重的原子核分裂为多个轻的原子核的反应过程，像原子弹、核能发电厂等使用的就是核裂变。 值得一提的是，核裂变的原料铀元素十分的稀缺，并且对人类危害大具有很强的放射性。

核聚变又称热核反应，是由两个质量轻的原子核在一定的条件下“聚合”成为一个重原子核的反应过程。 因为能量是守恒的，所以“消失”的质量就会转变成巨大的能量。

根据科学家的研究表明，核聚变产生的能量比核裂变更高。 而且核聚变的主要原料氘元素是无穷无尽的，它通常以氧化氘形式广泛存在于海水与普通水中。 并且核聚变反应极少产生放射性废物，仅有一些无毒无害的惰性气体氦。

原子弹爆炸

“人造太阳”的工作原理就是稳定可控的核聚变技术。

目前，核聚变中的部分技术已经广泛应用到人们日常生活中，比如微波技术、核磁共振以及病菌灭活等等。 另外像氢弹这种不受控制的核聚变技术人类也已经掌握。

然而可控的核聚变技术我们却尚未了解透彻，它有些类似于复仇者联盟中钢铁侠胸口的能量块。

钢铁侠

因为核聚变反应装置需要满足高温、高压、稳定约束时间以及高约束的有限空间等条件。 但以人类目前的 科技 水平要做到这些很难，其中温度就是我们攻克不了的难题。

核聚变的基本要求就是温度，想要原子核和电子自由移动并且相互碰撞需要在约上亿的高温下才能进行，所以超高温材料成为人类目前最大的阻碍。 为了解决这个难题，科学家们提出了两种办法。

第一、惯性约束聚变。

这种方法是将极少的氘和氚的混合体放入小空间内，让它们在超强激光束的作用下产生急剧的高温而后爆炸生成大量热能。 但以人类目前的 科技 而言很难实现。

惯性约束法

第二、托卡马克型磁场约束聚变。

这个方法是利用电流产生的强大磁场约束离子体，避免 科技 制造高温的难题，所以目前世界上大多数可控核聚变装置都使用的这一办法。

目前世界上比较有名的托卡马克装置为：

英国卡拉姆实验室的克利奥（Cleo）

美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的ST Tokamak

法国冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak

西德马克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak

美国橡树岭国家实验室的奥尔马克

我国的托卡马克

中国的“人造太阳”已经走上轨道

1971年12月批准建设的中国环流器一号（HL-1），是我国第一个自主设计研制的大型托卡马克，同时也是国际上第一个中等规模的托卡马克，是我国在受控核聚变研究 历史 中的重大里程碑。

中国环流器一号（HL-1）装置

之后环流器新一号（HL-1M）以及环流器二号A（HL-2A）也相继诞生。

2006年9月28日，全球首个非圆截面全超导托卡马克EAST（HT-7U）在中国合肥建成并运行。 它 是我国自行设计、研究并建造的新一代热核聚变装置，并且 EAST 还创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录。

2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”—— “环流器二号M”（HL-2M）在成都建成，与之前的装置相比，HL-2M拥有更先进的控制方式和结构。

中国环流器二号M装置

在地球上“种太阳”的意义

古语有云“居安思危”、先天下之忧而忧”。 这些至理名言都警醒世人要懂得提前预判形势，做好最坏的打算。

我们都知道人类所需的食物和一切活动都源自于太阳，它让地球温暖，植物生长， 社会 发展。 然而日益枯竭的资源和地球环境恶化，使得人类不得不好好去思考地球和人类的未来。

如果将来地球环境崩溃，我们又该何去何从？

火星

虽然现在各国都把火星当做人类第二家园来研究，可我们连宇宙飞船都制造不出来，新家园从何说起？究其根源还在能源二字，所以研究核反应是当前要务。

制造“太阳”的过程实际上就是研究核能，在这一过程中，人类不仅能解决资源短缺问题，还能利用这些成果开发新的 科技 ，甚至实现太空梦。

电影《流浪地球》中推动地球在太空旅行的动力，就是和“人造太阳”原理一样的核聚变发动机。 目前，“人造太阳”亮相在即，人类在研究核能的道路上也向前迈出了一大步。

流浪地球

另外，科学家指出我国在月壤中发现的氦-3能源也可以与核能融合，变为宇宙飞船的强大动力。 由此产生的能源理论上可以让人类在100天内到达火星，实现星球穿越。

所以在地球上“种太阳”真的很有必要，只有如此人类才有可能奔向头顶那片星辰和大海！

磁约束聚变的发展历程

1962年东北技术物理研究所成立后，建成了一台Z箍缩装置、一台角向箍缩装置和一台离子源，并开展了稳态磁镜的设计。 1964-1983年是我国磁约束聚变研究的调整期，也是以工程为主的建设阶段。 1966年秋至1970年初，东北技术物理研究所的受控聚变部和原子能科学研究院的受控聚变研究室先后迁至四川乐山，成立了西南物理研究所（现在的核工业西南物理研究院），建成了仿星器装置和超导稳态磁镜装置。 1969年，中科院物理所建成了一台100kJ的角向箍缩装置，得到了热核中子，并于1974年建成了我国第一台托克马克CT-6。 后来CT-6 升级成为CT-6B，备有两个回旋管微波加热系统，进行电子回旋波加热和电流驱动实验。 在CT-6B上还进行了反馈控制、阿尔芬波的模转换和交流调制等实验。 1972年，中科院在安徽合肥筹建聚变研究基地。 1978年成立中科院等离子体物理研究所。 在此期间，中国科学技术大学近代物理系设置等离子体物理专业，并建成一个小托克马克装置—KT-5B，进行了阿尔芬波加热和湍流现象等观测实验。 该装置后来改建为KT-5C。 1984年以来，我国磁约束聚变研究进入以托克马克实验为主的阶段。 中科院等离子体物理研究所的HT-6B、HT-6M和核工业西南物理研究院的HL-1相继建成投入运行。 HT-6M是一台空芯变压器托克马克，安装了功率为兆瓦级的离子回旋共振加热设备，进行辅助加热实验；进行了低密度、高电子温度运行，并曾开展表面湍流加热实验。 HT-6B是略小于HT-6M的同类型装置，装有螺旋绕组，成功地控制了m=2，3的磁扰动，并抑制了等离子体的内破裂；还进行了低杂波驱动实验等。 HL-1是有厚达5cm的铜壳和铁芯变压器的托克马克。 在相近规模的托克马克中，它的放电时间较长，达1s，有效电荷数较低。 在这一装置上，进行了高密度、低q放电，并对磁流体不稳定性等进行了研究。 经喷铁、碳化、硅化，得到了较洁净的等离子体。 使用抽气孔栏及静电偏压，改善了约束态。 并开展了冰冻氘丸注入、电子回旋共振加热和低杂波电流驱动等研究。 后来HL-1改装成HL-1M，反馈控制取代了厚铜壳，进行了弹丸注入和高功率辅助加热以及高功率非感应电流驱动下的等离子体研究。 1995年等离子体物理研究所建成HT-7托克马克装置，采用超导磁体。 1998年得到长达6s的等离子体持续时间。 2003年实验获得超过1min的等离子体放电，这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托克马克装置。 目前，这一装置的持续放电时间已经突破4 min。 2002年12月，HL-2A在核工业西南物理研究院建成，成为我国第一个带有偏滤器位形的托克马克装置，实现双零点偏滤器位形，掌握大型托克马克等离子体密度剖面、温度剖面、电流密度剖面控制技术，探索出一条较为先进的托克马克运行模式。 在HL-2A上最终达到：产生高温(离子温度2-4 keV)、高密度(密度 )和高能量约束时间(40-150 ms)的等离子体，实现HL-2A装置等离子体电流大于400kA的稳定放电。 在HT-7的基础上，中科院等离子体物理研究所设计和研制了全超导托克马克装置HT--7U（大科学工程EAST），于2006年初进行了首次工程调试，2006年9月成功放电，获得电流200kA、时间接近3s的高温等离子体放电。 EAST是我国科学家、工程技术人员自主设计、非圆截面核聚变实验装置。 作为全超导非圆截面托卡马克，EAST的规模比ITER小得多，但等离子体位形及主要的工程技术基础相似。 因此，在EAST上的实验研究将从物理基础、工程技术基础和人才培养上，为ITER计划做出前期研究贡献。

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