5月28日，EAST控制大厅里科研人员正在开展实验。
托卡马克核聚变实验装置EAST。图：中科院合肥研究院
5月28日凌晨，我国全超导托卡马克核聚变实验装置EAST(东方超环)控制大厅里传来捷报，正在开展的第16轮EAST装置物理实验实现了可重复的1.2亿度秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行，再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。这比太阳的万摄氏度还要高几倍！
这个高约11米，直径约8米，重余吨，看上去像一个巨大的“罐子”的大科学装置位于安徽合肥科学岛。
EAST是中国自主研发的，世界上第一个全超导磁体、非圆截面托卡马克实验装置，它拥有类似太阳的运行机制，因此又有“人造太阳”之称。
有太阳，为什么还要造“人造太阳”？
科研人员介绍，因为煤、石油、天然气未来有枯竭的危险，还存在一定的环境污染。而风能、水能、太阳能等新能源又受限于天气或地理条件等限制，难以满足需要。
“可能有人要问，现在不是已经有很多核电站，为什么还要造‘人造太阳’？”中科院等离子体物理研究所王腾博士说，目前的核电站采用核裂变反应，所需要的铀、钚等元素储量有限，还会产生放射性。而“人造太阳”采用的是核聚变反应，所需的原材料之一氘在地球上储量巨大，几乎取之不竭、用之不尽。
据测算，1升海水中含有的氘，核聚变反应后可以产生升汽油燃烧的能量，生成物也没有危害。因此，核聚变能源被认为是理想的“终极能源”。
此外，核聚变反应成本低，1公斤浓缩铀的成本约为1.2万美元，而1公斤氘仅需美元；再就是安全可靠，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会产生放射性污染物，不会发生爆炸事故。
EAST装置示意图。（视频来源：CCTV）
“人造太阳”能带来哪些改变？
未来如果实现了“人造太阳”，能带来哪些改变？
王腾说，改变可能主要有三个方面：
首先是能源危机迎刃而解，能源价格将非常低廉，一些因能耗限制而难以开展的活动比如海水淡化、星际航天等，可以大规模开展，进而带来生产、生活的巨大进步。
其次，核聚变的产物为氦和中子，不排放有害气体，地球上的温室效应、酸雨、雾霾将大幅减轻乃至消失，生态环境得到改善。
第三，核聚变能源的原料从海水中就能获得，人类因能源问题引发的争端将大为减少，地球会变得更和平。
核聚变发电示意图。
可控核聚变=把火点着+别把锅烧穿
核能的释放通常依托核聚变和核裂变两种方式进行。
核裂变是将较重的原子核分裂为较轻的原子核并释放能量。这是目前核电站发电利用的最主要方式。
核聚变是将较轻的原子核聚合反应而生成较重的原子核。这个过程伴随着质量损失，根据爱因斯坦质能方程E=mc2，损失的这部分质量会转换成巨大的能量。
相较于核裂变，在地球上要实现核聚变反应，条件非常苛刻。
首先要达到上亿摄氏度高温；
还要让燃料维持足够高的密度，以提高原子核之间碰撞并发生核聚变反应的几率；
此外，高温高密度条件必须维持足够长的时间，才能让核聚变反应得以持续进行。
太阳的巨大质量（约为地球的33万倍）导致其具有强大的引力，太阳正是靠这种强大引力约束高温的燃料离子，来实现核聚变反应。
那么，如果将可控核聚变比作一块用来烧水的蜂窝煤，那么其难点有两个：1、怎样把火点着？2、怎么不把烧水的锅烧穿？
托卡马克装置利用通有大电流的线圈，在环形真空室内产生强磁场。大量温度超过1亿摄氏度、在高温下电离成由电子和离子组成的等离子体的燃料将沿磁力线做回旋圆周运动，磁场越强回旋圆周运动的半径越小。例如，在2万高斯的强磁场条件下，1亿摄氏度高温的等离子体中离子的回旋半径只有几毫米，而目前大型的托卡马克装置真空室内等离子体半径为米量级。通过这种方式可将高温等离子体长时间地约束在具有强磁场的环形真空容器内，并且不跟真空室器壁直接接触。在这种极端条件下，燃料离子将发生聚变反应并释放巨大能量。
托卡马克装置内部结构及运行示意图。
为ITER实验运行积累经验
国际热核聚变反应堆计划（ITER）是由中、欧、印、日、韩、俄和美国等世界主要拥核国家共同参与建造，是当今世界上仅次于ISS的最大科学合作计划，前景令人兴奋。
ITER建设现场。图：ITER
ITER计划分三个阶段进行：
第一阶段为实验堆建设阶段，从年到年；
第二阶段为热核聚变运行实验阶段，持续20年，其间将验证核聚变燃料的性能、实验堆所使用材料的可靠性、核聚变堆的可开发性等，为大规模商业开发聚变能进行科学和技术认证；
第三阶段为实验堆退役阶段，历时5年。
我国现有的主要磁约束聚变研究装置包括已运行多年的中国环流器二号A装置（HL-2A）与EAST两大托卡马克装置，以及华中科技大学的J-TEXT、清华大学的SUNIST、中科大的KTX等实验研究装置。它们均为我国参加ITER建设及为聚变研究领域培养人才作出了贡献。
年我国建成的规模大、参数高的先进托卡马克装置中国环流器二号M装置（HL-2M），采用了更先进的结构与控制方式，可实现高密度、高比压、高自举电流运行，特别是具备在兆安级等离子体电流条件下实现多种先进偏滤器位型的独特能力。
这些都为ITER实验运行积累经验，掌握相关技术，锻炼和培养人才队伍，为我国深度参与ITER计划及未来自主设计建造聚变堆提供重要的技术支撑。
ITER组件建造分工，中国主要参与建造磁体馈线（左上）和极向场线圈（左下）。图：ITER
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来源：综合新华网、科技日报、果壳等
编辑：黑炭
审核：北平
监制：存峰
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