出品：科普中国
制作：卜语嫣 刘晓莹 吕明轩
【21世纪，“夸父逐日”的故事仍在继续……】监制：中国科学院计算机网络信息中心
去年年底 ， 我国“人造太阳”获重大突破 ， EAST装置实现了一亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破 ， 获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需的物理条件 。 坐标安徽中科院物质科学研究院的“人造太阳”项目沉寂多日 ， 再次强势回归大众视野 。 正如外媒报道所说 ， 中国正一步步迈向人类最狂野的能源梦想 。
（图片来源：新华社新闻客户端）
何为“人造太阳”？
“人造太阳”有着和恒星太阳相同的核聚变原理 。 核聚变是指在一定条件下 ， 质量较轻的原子核发生聚合生成质量较重的原子核 ， 这一过程又称为热核反应 。
（图为聚变粒子示意图 ， 图片来源：
https://gss3.bdstatic.com）
想要在地球上实现核聚变不是件容易的事情 。 首先 ， 要使核聚变反应的燃料处于等离子体态 。 等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体 。 其次 ， 热核反应 ， 顾名思义 ， 需要很高的温度 。 高温能够使等离子体中的电子获得能量从而摆脱原子核的束缚 ， 实现原子核的完全裸露 ， 为原子核的碰撞做好准备 。 此外 ， 要想让这种聚变反应稳定、持续的进行还需要足够的密度和热能来约束时间 。
等离子体的温度、密度和热能三者的乘积称为“聚变三重积” ， 当它达到10的22次方时 ， 聚变反应输出的功率才能与为驱动这一反应而输入的功率相等 。 只有“聚变三重积”超过10的22次方时 ， 聚变反应才能自持进行 。 可想而知 ， 实现聚变三重积中的任意一个条件都要付出极大的代价和努力 。
（图为聚变三重积函数图 ， 图片来源：
Dstrozzi - Own work, CC BY-SA 3.0
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12380921）
执着于发展核聚变是为什么？
你可能会好奇 ， 我们已经很好地掌握了核裂变 ， 为什么还有如此坚定执着地追逐核聚变的脚步？其实 ， 虽然裂变技术相对简单 ， 但其燃料往往很难获得（例如铀等锕系元素一般产生于中子星合并过程 ， 因此储量十分有限 。 ）此外 ， 裂变产物中往往存在着大量的长半衰期放射性物质 ， 因此核废料需要特殊处理以避免放射性污染 。 这些问题都限制了裂变堆的潜力 。 而与核裂变有着相反核反应形式的核聚变却有着两大好处：不仅燃料量大管饱 ， 还干净卫生 。
地球上聚变燃料的储量非常大 。 用爱因斯坦的公式计算 ， 一升海水可提炼出1/6克的氘 ， 而地球上的海水所能提炼出来的氘可以让一千个聚变电站使用上百亿年 。 至于氚 ， 虽然少 ， 实际聚变过程中却并不被净消耗 ， 而是以类似催化剂的形式循环利用 。
而且 ， 聚变的产物基本上是稳定的同位素 ， 无辐射污染 。 少量的中子辐照带来的活化也很好处理 ， 基本上可以认为是一种无污染的能源 。
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