
文| 默 达
11月24日,中国科学院燃烧等离子体国际科学计划在合肥正式启动,紧凑型聚变能实验装置(BEST)的研究计划同步面向全球发布,一颗颗“人造太阳”引发广泛关注。

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这其实是两件紧密关联的大事。前者汇集十多个国家的聚变科学家,共同签署《合肥聚变宣言》;后者则更令人惊喜——BEST预计将在2027年建成,并计划于2030年通过核聚变点亮第一盏灯,实现商业化发电。
可控核聚变,科幻作品里描述的“无尽能源”,改变人类社会的“关键力量”,正在逐步成为现实。今年1月,位于合肥科学岛的“东方之环”(EAST)实现1亿度稳态运行1066秒的新突破;3月,“中国环流三号”首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”运行;4月,新奥“玄龙-50U”实验装置实现关键工程技术突破,成为全球首个实现百万安培氢硼等离子体放电的装置。在“十五五”规划建议中,核聚变能首次写入,相关产业如朝阳般蓬勃发展。

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将可控核聚变装置叫作“人造太阳”,是因为太阳的原理就是热核聚变反应,释放出庞大的能量。区别于当下用于发电的重核裂变反应,聚变要将两个轻核合成一个,难的不是聚变,而是可控,这需要保持超高温的环境、合适的压力密度以及较长的约束时间。无论是EAST、BEST还是“环流三号”,核心都是“托卡马克装置”,也是当下国际通用的解决范式。它通过磁约束让粒子在真空状态下的环形区域内持续反应,并能避免超高温和等离子体对装置本身造成破坏。通俗地讲,如果说核聚变是“火”,那么约束装置就是“灶”,而发电机组就是“锅”,我们只有控制了“开火关火”“文火武火”,并确保燃料供应和热转化效率,才能“烧开水”或是“做大餐”。
吸引人的点在于,可控核聚变的“厨房”不仅清洁安全,而且性价比高。说它清洁安全,是因为放射性污染较弱,产物为无害气体氦,条件不符时反应大多自动停止,爆炸和泄漏的风险较低。说它性价比高,既是因为理论能效高,也考虑到原材料获取难度。目前BEST展示的是难度较低的“氘氚反应”,氘可从海水中提取,算得上“取之不尽”,但氚只能人工制备,制约了其商用步伐。但科学家提出另一种理想中的方案:通过氘和“氦-3”进行聚变反应,而“氦-3”在月球上大量分布,一旦技术成熟,或将拥有更广阔的前景。
可控核聚变的原理同样带给我们另一重启示:唯有聚力方能实现“聚变”。从中微子到核聚变研究,国际合作都发挥着关键作用,比如托卡马克装置就源于苏联科学家的探索。然而合作并非易事,国际热核聚变实验堆(ITER)计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程,早在1985年就通过,却因苏联解体、美国退出以及选址和经费问题,相关研究并非一帆风顺,完工时间一再推迟。2006年中国正式加入ITER后,在关键技术和装置方面做出重要贡献,话语权和影响力不断增强。
如今,聚变实验研究将要进入燃烧等离子体的新阶段,中国向全世界发出邀请,呼吁加强国际合作,共同推进聚变能源研发。我们期待这样的图景:世界各国聚力点燃“人造太阳”,携手解决能源问题,创造人类美好的未来。

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