煤、石油、天然气，这些人类赖以生存的不可再生能源，终有一天将被耗尽。人类正面临越来越严重的能源和环境危机。

可控核聚变，几乎满足了人类关于无限、安全、清洁能源的所有美好愿望，但长期以来，因技术实现难度太大，核聚变电站只能停留在科学幻想阶段。

近日，中科院等离子体物理研究所科研人员对外公布了可控核聚变技术的最新进展，并将被称为“人造太阳”的世界首个全超导实验装置“东方超环(EAST)”向世界开放、共享。

“人造太阳”，已显露初升曙光。

1 磁场为笼，托起“人造太阳”

在东西方的神话故事里，都有盗取天火造福人类的传说。那么，太阳的“天火”是怎样产生的呢？

1939年，美国物理学家贝特证实，一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现，揭示了太阳燃烧的奥秘。

几十亿年来，作为一个巨大的核聚变“装置”，太阳无休无止地向外辐射能量。石家庄铁道大学应用物理研究所所长、副教授王艳召介绍说，“‘人造太阳’就是模仿这一过程，即在超高温等条件下，质量小的轻原子核（主要是氘或氚）间互相产生聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并释放出巨大的能量。”

最为人熟知的核能是核裂变，而对于以核裂变技术建造的核电站，安全问题最受关注和质疑。

1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸事故，导致1650平方千米的土地被辐射。“核裂变过程是由较重的原子核裂变成相对较轻的原子核，从中获得释放的能量。”王艳召告诉记者，核电站多采用铀、铯等放射性物质作为燃料，这些物质“裂变”后产生大量的核废料，并放出多种射线，一旦处理不当将对环境造成巨大危害。

那么，这个核聚变所产生的“聚变能”和平时生活所见的核电站核裂变产生的“裂变能”又有什么差别呢？

相比之下，“人造太阳”的核聚变过程中，单位质量核燃料释放的能量比重核裂变要大数倍。“氘在海水中储量极为丰富，一升海水里提取出的氘，聚变反应时，释放出燃烧300升汽油的能量；氚可在反应堆中通过锂再生，而锂在地壳和海水中都大量存在。”王艳召介绍说，氘氚反应没有放射性废物，放出的中子作用于对堆结构材料，只产生易于处理的短寿命放射性物质，可以说，核聚变能是无限、安全、清洁的能源。

1952年11月1日,太平洋上一个叫比基尼的小岛上空出现一个耀眼的“小太阳”，世界上第一枚氢弹试爆成功。

这个大规模杀伤性武器让人心生畏惧，却也带来了希望。因为这个不可控制的瞬间爆炸就是成功进行的“热核反应”。从那时开始，科学家们设想制造一个装置，通过受控热核聚变反应获得无穷尽的新能源，为人类制造一个或数个小太阳。

然而，核聚变要比核裂变难得多。“核裂变就好比将一团棉絮轻轻一撕就能扯开了，而核聚变像是在大风中，要让两根极轻的棉絮碰到一起，难度可想而知。”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员龚先祖在接受媒体采访时说。

太阳表面的温度高达6000摄氏度，中心温度更是高达1500万摄氏度。如此高温，足以让任何接近太阳的物体瞬间变成气体。要让核聚变反应在地球上发生，需要将粒子的温度加热到上亿摄氏度，什么样的容器才能放置如此高温的燃料？

科学家的解决方案令人拍案叫绝：用一个“磁笼”把“人造太阳”托在空中。

20世纪50年代初，前苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇等人运用磁约束技术，建成了第一个磁约束装置。“简单来说，就是用磁场形成的一个笼子，把高温等离子体约束住，防止它跑出来。这个装置叫托卡马克。”王艳召说。

“人造太阳”被约束在“磁笼”中运动，悬浮在空中，不和物体接触，就不用担心上亿摄氏度的高温熔化容器了。磁约束聚变利用强磁场这一“容器”来约束高温等离子体，并进而将其加热至上亿摄氏度，从而维持连续的热核反应，并将其巨大的能量转化为电能。

2 “东方超环”，中国技术领跑

1亿摄氏度，1000秒。这两个数字是盘桓在全球科学界面前的两座难以跨越的山峰。

要让核聚变为人类所利用，就意味着要把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度，并至少持续1000秒，才能形成持续反应。

为了实现这一目标，科学家们进行了积极的探索。20世纪80年代，美、日等国发起国际热核实验反应堆计划（ITER），也被称为“人造太阳”计划，中国后来成为参与国之一。

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的“超导托卡马克”。作为聚变能实验堆，ITER计划把上亿摄氏度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的磁场中，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒。

然而，时至今日，国际上大部分托卡马克只能运行数秒钟。“就像我们使用燃气灶，只有把燃气点燃，它才能烧起来，才会有持续的热量释放出来。但是现在的困难是，核聚变点火的时间太短暂，远远不能‘烧’起来。”王艳召说。

“只有在全超导托卡马克上才有可能使等离子体稳定运行，从而实现长时间放电，这是未来磁约束聚变的发展方向。”王艳召告诉记者，我国在这个方向上已经进入国际前沿。

世界上第一个全超导托卡马克装置就是我国的EAST，它有个响亮而又深具寓意的中文名字“东方超环”。

EAST装置的主机部分高11米、直径8米，重400吨，由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空度瓦、支撑系统等六大部件组成，集中了超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空5个极限。

事实上，与全球规模最大的能源合作项目ITER相比，EAST只有其1/4大小。但麻雀虽小，五脏俱全，EAST的成功经验已经支撑了ITER的建设。如研制出可通过90千安电流的高温超导电流引线，使ITER制冷电耗每年减少2/3以上；证明ITER磁体电源设计方案存在的风险，并设计出新方案。

在今年1月底的实验中，EAST成功实现了电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这是全球托卡马克装置在电子温度达到5000万度时，持续时间最长的等离子放电。

4月底，中国承担生产和设计的首个超大部件——脉冲高压变电站（PPEN）首台主变压器，已运往ITER设施的建造地法国。中国在“人造太阳”的路上，已成长为具备强大国际输出能力的“领跑者”。

3 聚变电站，前路仍漫漫

半个世纪前，利用核聚变原理的氢弹爆炸成功，让人们看到不受控制的核聚变是多么可怕。“人造太阳”商业化首先必须解决核聚变可控的问题。

“核聚变可控，意味着其输出的能量要和核聚变释放的能量相平衡，一旦释放能量多于输出能量，就会产生爆炸，当前试验中，核聚变释放的能量还远远大于输出能量。”王艳召解释说。

迄今为止尚没有一座核聚变装置能够产生净能量增益（即输出能量大于输入能量）。科学家们希望ITER能够突破上述障碍，然而ITER本身不能被用来发电，发电重任将交给其后继者——聚变示范电站。

欧盟负责聚变研发工作的机构——欧洲聚变发展协会（EFDA）曾发布欧盟聚变示范电站设计与开发路线图，计划于2050年建成一座未来可供工业界使用的原型聚变电站。该路线图认为，人类在利用聚变发电方面取得进展的关键在于ITER，因此需要倾力确保其成功。路线图指出，最大的技术挑战是如何从未来的聚变反应堆中排除核反应后的废气。

中国科学院等离子体物理研究所正积极开展中国聚变工程实验堆(CFETR)的设计和相关预研，期望通过5至6年的努力，完成中国聚变工程实验堆的设计和关键部件预研，并具备建设世界第一个能够长时间发电的聚变实验堆的能力。

有专家认为，实现聚变反应堆商业化运行需要三个阶段：建造ITER装置并据此进行科学和工程研究；设计、建造与运行聚变示范电站；建造商业化聚变反应堆。截至目前，人类仍在前两个阶段进行艰难探索，离商业化还有很长的路要走。

未来，如果“人造太阳”来到我们身边，这个世界又会是怎样的场景呢？

“当前我们所依赖的煤炭、天然气、石油等能源都能被核聚变新能源所取代，困扰我们的能源和环境问题也会迎刃而解。”王艳召说。那么，美梦成真还需要多久呢？有专家表示，或许未来三十年内聚变能可实现商业化，又或者是五十年后。

前路漫漫，但专家预言：“人造太阳”终将升起。（记者 陈诚）