核聚變之所以難，完全是因?yàn)樗�要求的條件很是苛刻，太陽(yáng)可以輕易地發(fā)生聚變是因?yàn)槠浜诵臏囟雀哌_(dá)1500萬(wàn)攝氏度而且有很高的密度，氫彈則是依賴核心裝載的原子彈提供聚變點(diǎn)火的能量。所以我們?cè)诘厍蛏戏N太陽(yáng)，也就是實(shí)現(xiàn)可以被我們控制的核聚變（氫彈不可控），經(jīng)過(guò)計(jì)算，需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)類似于太陽(yáng)的環(huán)境，一個(gè)需要使原料達(dá)到1億攝氏度的環(huán)境。比太陽(yáng)最高的溫度還要高10倍！而且當(dāng)氫元素被加熱到這么高的溫度時(shí)，他的狀態(tài)就會(huì)由氣態(tài)變成等離子體態(tài)，這種狀態(tài)類似于氣體，但是內(nèi)部帶電。我們要建造的“人造太陽(yáng)”就好比一個(gè)燒煤的爐膛，首先需要有耐高溫的爐子可以裝燃燒的煤，然后需要達(dá)到煤的燃燒溫度否則燒不起來(lái)，最終需要的是要保證煤可以一直保持燃燒的溫度，否則燒一會(huì)就自己熄滅了。所以問(wèn)題就是，我們用什么來(lái)裝這些1億度的等離子體，我們能不能很好的理解等離子體的行為保證它可以穩(wěn)定的燃燒，畢竟這種狀態(tài)科學(xué)家此前并沒有研究太多。這可真的是一個(gè)全新的領(lǐng)域，路真的很難走，科學(xué)家們也一直在努力提出新的想法新的思路，很多不同種類的聚變裝置也建立了起來(lái)。為了給大家以信心，接下來(lái)就介紹一下60年來(lái)聚變界的進(jìn)步與成果。

圖4 氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子體態(tài)

首先是我們用什么來(lái)“盛裝”這些等離子體，近一億度的溫度任何材料都承受不了，但因?yàn)榈入x子體有個(gè)特點(diǎn)就是帶電，既然帶電，科學(xué)家們就想到可不可以用一個(gè)磁場(chǎng)去裝，然后“磁約束”聚變的概念就出爐了，也就是用很強(qiáng)的磁場(chǎng)做成籠子，讓這些高溫燃料遠(yuǎn)離我們的“爐壁”。圍繞著“磁約束”聚變裝置的設(shè)計(jì)概念有很多，限于篇幅，今天只重點(diǎn)介紹在國(guó)際主流的裝置——托卡馬克上實(shí)現(xiàn)的突破。

圖5 “磁籠”盛裝等離子體

突破一：從20世紀(jì)70年代開始，國(guó)際上開始進(jìn)行托卡馬克裝置的研究工作，經(jīng)過(guò)不斷地努力，終于在20年后，歐洲的聚變裝置JET第一次實(shí)現(xiàn)了聚變功率16MW，同時(shí)輸出功率超過(guò)輸入功率的歷史性突破，這無(wú)異于給所有研究聚變的科學(xué)家一顆定心丸，因?yàn)榻K于從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)托卡馬克實(shí)現(xiàn)可控聚變是有科學(xué)可行性的。但不幸的是，這個(gè)過(guò)程只持續(xù)了幾秒鐘，也就是說(shuō)，不能長(zhǎng)時(shí)間放電，還是不能商用。為什么呢？就是因?yàn)槲覄偛盘岬降�，我需要制作一個(gè)“磁籠”裝聚變?nèi)剂�，可是這些磁場(chǎng)是要用外部很大的導(dǎo)線電流產(chǎn)生，導(dǎo)線有電阻，就會(huì)產(chǎn)生熱量（電熱爐的原理），所以導(dǎo)線承受不了長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，不然就會(huì)燒壞。那怎么辦？

突破二：既然是因?yàn)閷?dǎo)線的原因使聚變不能一直進(jìn)行，那我可以把電阻降低直至為零啊，所以，超導(dǎo)托卡馬克的概念就誕生了，我把產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈變成超導(dǎo)體，這不就不會(huì)產(chǎn)生很大熱量了嘛。于是2006年，世界上第一臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）在中國(guó)合肥美麗的科學(xué)島上出生了。從這時(shí)開始，聚變界喜訊連連。2006年，EAST首次運(yùn)行就獲得了411秒2000萬(wàn)度的等離子體放電，是連續(xù)運(yùn)行最長(zhǎng)時(shí)間的世界紀(jì)錄。2017年，EAST實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2s高約束等離子體運(yùn)行，等離子體溫度達(dá)到了500多萬(wàn)度，而且相比于2006年可以更穩(wěn)定地約束更多等離子體。而今年，等離子體終于可以達(dá)到1億度了。這個(gè)消息最大的意義就在于，我們有了可以長(zhǎng)時(shí)間讓聚變?nèi)剂显凇按呕\”中保持1億度并且放電的可行性了。

圖6  EAST裝置

“爐子”有了，溫度也能達(dá)到了，接下來(lái)只要能夠讓聚變?nèi)剂峡梢愿�加持久的燃燒，那么聚變發(fā)電的一天就真正到了，我覺得離這一天不會(huì)太短也不會(huì)太長(zhǎng)。重點(diǎn)是要保持一顆平常心，聚變是一個(gè)大工程，羅馬城也不是一天兩天建成的嘛。聚變領(lǐng)域最為人熟知的可能就是50年定律了，就是說(shuō)離聚變發(fā)電永遠(yuǎn)還有50年，可大家應(yīng)該可以看到，每隔大約20年甚至10年，聚變領(lǐng)域就會(huì)有一個(gè)大的突破，隨著人類技術(shù)水平的提高，這個(gè)周期只會(huì)越來(lái)越短。不要太悲觀，因?yàn)槲覀円恢痹谶M(jìn)步；不要太過(guò)樂觀，因?yàn)槲覀儐?wèn)題還有很多，許多相關(guān)的技術(shù)比如超導(dǎo)、材料、物理等都還不夠成熟。

圖7 聚變?nèi)祟悏?mèng)寐以求的能源

總結(jié)一下，中國(guó)聚變實(shí)現(xiàn)一億度是個(gè)巨大的進(jìn)步，這表明世界離聚變發(fā)電更近了，但我們現(xiàn)在研究的都只是核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，只涉及到物理機(jī)制的研究和工程技術(shù)的儲(chǔ)備，都沒有涉及聚變反應(yīng)后發(fā)生的能量輸出環(huán)節(jié)，而我們目標(biāo)是要建造商用聚變電站，這個(gè)跨越可能面臨更多我們沒見過(guò)的問(wèn)題。此外，建造一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置動(dòng)輒就需要幾億上十億美元，耗資仍然巨大。對(duì)一些高精尖技術(shù)比如大型超導(dǎo)磁體、大體積超高真空、等離子體控制工程等等的要求會(huì)越來(lái)越高。無(wú)論如何，有信心，多給聚變一點(diǎn)時(shí)間，它一定會(huì)給人類帶來(lái)一個(gè)水清天藍(lán)、寧?kù)o祥和的新世界，而且更應(yīng)該相信第一盞“人造太陽(yáng)”之火點(diǎn)亮的燈會(huì)在中國(guó)亮起。

【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 徐宇晨】