“如果未来有一盏灯是聚变能点亮的，我相信这盏灯一定也一定是在中国！”
4月22日，#科学作家走进新国家产业#第二站来到中核集团。 在核工业西南物理研究所，我国“人造太阳”装置首次向科幻科普作家开放。 据介绍，该装置的最大意义在于提供核聚变研究平台，助力人类开发终极能源。 你为什么这么说？ 听科普作家介绍。
属于宇宙和未来的能量
能源是能够为人类生产或生活提供光、热、电等任何形式能量的资源。 核能作为人类最伟大的发明之一和未来最理想的能源，在世界能源体系中发挥着越来越重要的作用。
什么是核聚变？
核聚变，顾名思义，就是利用核聚变反应产生能量。 人类发现的第一个核聚变反应是太阳中的核反应，它不断地向外辐射能量，并向地球输送能量。 因此，核聚变也被视为宇宙的能源。 它的好处也很明显，比如安全性高、废物处理成本低、原材料容易获得等等。
核聚变燃料，氢同位素氘在海水中极为丰富，从一升海水中提炼出的氘，释放出的能量相当于燃烧300升汽油进行一次完全聚变反应。 核聚变反应堆不会产生污染环境的硫和氮氧化物，更不会释放温室效应气体，核聚变反应堆是绝对安全的。 可以说是一种无污染、无核废料、几乎取之不尽的资源的理想能源。 实现可控核聚变发电将从根本上解决人类的能源问题。
这说起来容易，但在实践中说起来容易做起来难。 太阳是一颗中等质量的恒星，质量是地球的N倍。 它的内部可以达到1500万度的高温和N个大气压的高压，因此可以产生可持续的核反应。 至于氢弹，它的爆炸机理简单来说就是把原子弹当做引信，利用原子弹核裂变反应产生的高温高压引发核材料的聚变反应。
可控核聚变反应可以通过惯性约束或磁约束实现可控和安全，从中获得的热量可以转化为机械能，进而转化为电能，以替代广泛使用的化石能源。
五十年的诅咒？
由于可控核聚变装置的基本物理原理与太阳内部核反应的机理相似，因此这种装置被形象地称为“人造太阳”。
作为一个科技爱好者，我听过“可控核聚变发电，永远50年后”的魔咒。 这个诅咒说的是，自从50年代提出可控核聚变原理以来，每当媒体问有关专家什么时候可以实现发电时，专家们总是说50年后，一个又一个十年过去了是的，直到 20 世纪末，答案都没有改变。
为什么可控核聚变发电会出现“永远五十年后”的魔咒？ 如何打破这个诅咒？
带着这个疑问，我请教了研究院院长刘勇。 他真诚地说：
确实有这个问题，可控核聚变太难了
各国现在已经联手进行技术突破。 2007年，ITER组织成立。 国际热核实验堆（ITER）是目前世界上规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，仅次于国际空间站的国际大型科学工程计划。 ITER将是世界上第一个聚变实验堆，是最终实现磁约束聚变能商业化必不可少的一步！
ITER是一种超导托卡马克装置，可以产生大规模核聚变反应。 它的体积接近于天坛的大小。 它高30米，直径28米，重10000吨。 它将利用强磁场限制高温等离子体，最终实现核聚变能的稳定可控释放。 有望在地球中间实现核聚变能源发电，造福人类。
中国作为理事会“七方”成员之一，与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国共同出资建设该项目，并承担了建设期间18个采购包的制造任务项目的阶段。
中方承担的18个采购包包括磁体支架、校正励磁线圈系统、磁体供料系统、注气系统、诊断系统等重要部件。 该项目所需的主要部件计划于2021年全部到位。ITER总干事认为，中国交付相关产品“准时、保质”等离子体物理，堪称各方合作的典范.
刘勇院长讲解核聚变知识
刘勇院长表示，研究过程中会遇到很多意想不到的困难和不确定性，但挑战与机遇并存。 在遇到意想不到的困难的同时，往往会有意想不到的发现和进步，这也是研究的乐趣所在。 现在看来，经过全世界几代研究人员的不懈努力，我们看到了可控核聚变发电的发展。 前景，
不是再过 50 年，也许再过 30 年才能到达那里。
什么是托卡马克？
20世纪40年代末以来，世界各科技强国发展了多种方法来研究核聚变等离子体的约束方法。 在这个过程中，人们对实现可控核聚变的难度的认识也逐渐加深。 1954年，苏联库尔恰托夫原子能研究所发明了轴对称磁场构型的托卡马克装置。
托卡马克是指环形磁约束控制的核聚变实验装置，所以中文也叫环行器。 它是由环形闭合磁场组成的磁笼。 高温高压的等离子体被禁闭在这个磁场形成的无形牢笼中。 ，这个磁笼的形状很像一个中空的浮标，等离子环内可以产生很大的环流。
20世纪70年代以来，托卡马克方法逐渐显示出其独特的优势，并在20世纪80年代成为可控核聚变研究的主流方法。 经过近半个世纪的努力，托卡马克已展现出光明的前景。 等离子体禁闭效果明显，温度达到数亿度。 产生核聚变能的科学可行性已得到证实，但相关成果均以短脉冲形式产生，距离实际反应堆的连续运行还有很大距离，核聚变反应能否实现氚自可持续性还有待观察。 需要实验验证。 如果克服了氚的自持问题，那么我们将向商业发电迈出又一大步。
我问刘勇的第二个问题是，托卡马克研究进展如此缓慢，可能不是可控核聚变装置的最优配置。 可能各国都为托卡马克依赖开发了技术路径，真正适合可控核聚变的技术配置还没有被人类探索出来。
对此，刘勇回答说，确实有这种可能，而且包括中国在内的研究核聚变的主要国家，确实在拿出一部分精力研究其他构型的核聚变装置。 目前仅次于托卡马克的装置称为仿星器。 德国将其核聚变研究经费的一半用于研究仿星器配置，这是一种替代技术方案。 不过，国际学术界公认的是，虽然托卡马克进展没有那么快，但它仍然是最有前途的可控核聚变装置。
追日的夸父——中核人
1990年代，我国制定了“热堆-快堆-聚变堆”三步走的核能发展战略。 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将磁约束核聚变列为先进能源技术。 “十三五”国家科技创新规划将“磁约束核聚变能开发”列为具有战略性和前瞻性的重大科学课题。
我国的核聚变研究始于50年代，起步于原理性和探索性研究。 中核核工业西南物理研究所于1965年在四川成立，是我国最早的聚变研究所。 作为我国参与ITER计划的主要技术保障和研发单位之一，西部核院承担了我国ITER采购包中大部分核相关部件的研发、加工和制造任务任务。
20世纪70年代末至80年代初，我国开始对托卡马克装置进行重点研究。 中国一号环流器（HL-1）于1984年在核工业西南物理研究所建成，是我国第一台自主设计建造的大型聚变科学工程装置，标志着我国进入核工业领域。可控核聚变研究进入大规模物理实验阶段。
从控制室出来，穿过一个带螺旋楼梯的小隔间，再穿过一扇门，就是安置“中国环流器2A号（HL-2A）”的“车间”。
看到这台机器，第一感觉就是大，第二感觉就是大。 说它大，是因为它有二层楼那么高，占地面积有数百平方米。 说它多，是因为各种管线、线圈、电线、机柜围绕着它，充满了复杂的技术细节。 正是这台机器代表了人类试图驯服太阳的力量。
很久以前就看过循环器的照片，在电视上也看到过有关它的新闻。 今天，当我真正站在它面前时，可以说是近在咫尺，却无法理解它的意义，更无法理解它的原理。
从能源史的角度看，面对它相当于面对猿人生起的第一把火，工业革命初期第一台燃煤锅炉，19世纪第一口油井。 不合适，或许可控核聚变装置在科技史上的意义更为独特。 上述能源是从地质时代开始就储存在地壳中，通过植物的光合作用固化而成的太阳核聚变能。 循环器希望跳过那些中间环节，直奔主题。
给我们讲解的小伙子是核科学技术研究所的博士生。 我们可以把他和他的同事、老师看作是未来的夸父或普罗米修斯——把星辰之火安全带到地球的人。
普通人在接近“太阳”时会有什么感受？
想起赫鲁晓夫第一次见到苏联运载火箭时在回忆录中写道：“我们像白痴一样等离子体物理，看这里，摸那里，几乎用舌头舔火箭的外壳。” 尝一下。”
这一刻，我比赫鲁晓夫更无助。
我只能碎片化地接受：有的设备检测核聚变释放的中子，有的测量磁场，有的为核聚变提供动力，有的进行磁场控制。
毕竟可控核聚变不是一个独立的专业，而是一门综合性很强的学科。 有激光、阀门、等离子物理、材料、电控、计算机等等，太多了……没有一个人能够掌握所有的知识。 而这个研究所号称总工程师单位，专门负责系统集成。 核聚变研究也是一个国家科技实力和工业实力的标志。 如果你没有一定的水平，你就做不到这一点。
我只能零星地引用它的一些参数，以供读者了解中国环流器2A号（HL-2A）的规模。
首先，它的磁场比地球磁场强一万倍。 其次，它产生的等离子体有多强大？ 他们做过等离子体输出实验：一个直径10厘米、厚度2厘米的铜圆盘被等离子体击中，不到一秒就消失了。 它没有汽化，但铜盘被等离子化。
此外，还间接测量了数千万甚至上亿度的等离子体温度。 因为没有仪器可以测量这么高的温度。
普通燃煤锅炉运行一段时间后，需要熄火清理炉膛，清除炉膛内的废渣。 这个燃烧核聚变燃料的“锅炉”也是如此。 研究人员使用辉光放电来“扫描”真空室的内部。
这么高温度的等离子体运转，物体的固态物质不都气化了吗？ 怎么会有固体杂质呢？ 事实上，等离子体的核心温度有几千万度甚至上亿度，但边缘温度会被控制的很低，只有一千度。 否则，真空室内壁也会熔化。
目前内壁都是碳材料，耐高温，但是活性炭也有很好的吸附杂质的作用，所以会有等离子和内壁相互作用产生的杂质，影响精度的实验，需要删除。 要知道，少量的杂质就会产生雪崩效应，使等离子体的形态和运动发生剧烈变化。 结果是高速粒子轰击内壁并破坏真空室。
这么复杂的装置，肯定做过很多核聚变实验吧？
是的，听工作人员说，从2003年到2019年，设备总共放电了3.3万次。 但每次放电的平均持续时间只有两秒。 因此，16 年实验的总持续时间不到 24 小时（86,400 秒）。 真正的发电厂必须每天 24 小时运行。
参观的时候，设备自然是没有运行的，于是好奇地问工作人员，设备运行时的感官体验是怎样的？
他说，从视觉上来说，只能用摄像头对准真空室上的小玻璃窗，从屏幕上就能看到里面的情况——红色的火焰——感觉不到怎么样温度高。
至于震动？ 没有。 但是，由于在实验过程中激活了磁场，而等离子体在高速运行时也会产生电磁场，因此在这些金属器件中会产生涡流。 当被这些磁场吸引时，金属会产生巨大的扭矩，但这些力是肉眼看不见的。 因此，核聚变装置对材料科学的要求非常高。
至于听觉，一点声音也没有。 因为等离子的密度太低，无法传递人耳可辨别的声音。
那么让我们想象一下这个设备启动时的样子：
只有一扇小窗户透出隐约闪烁的红火，周围一片寂静，只有马达的声音和一些电器风扇的嗡嗡声。 但是如果你了解它是如何工作的，你就会知道所有的金属都在扭曲、拉紧、抵抗着巨大的磁力。 正是这种磁力限制了产生核聚变反应的热等离子体。
让天上的火永远在地上
我们只在这里停留半天，匆匆而过。
这个环境包含的信息量太大了，普通人的大脑不可能在这么短的时间内记住这么多东西。 人的思想和身体是有局限的。 余生有限，知识无限。 但正是这种无穷无尽的人团结起来完成了如此庞大的科学工程，其复杂性超出了任何一个人类个体的认知能力。
研究所科研人员从博士毕业起至少要在这里工作30年。在中国环流器2A号（HL-2A）面前，我们是小路人，他们是大路人。 在核聚变燃烧了五十亿年的太阳面前，人类甚至是擦肩而过。
但人类可以代代相传，“子孙无限”，永远把天火留在地上。
研究所的老员工们真的是这么想的，也是这么做的。 他们认为这是一项造福全人类的事业，科学研究的过程充满新发现的乐趣。 他们愿意把自己的青春花在这似乎没有成功希望的崇高事业上。
而对于新一代的研究院，他们对未来充满信心，“如果未来有一盏用聚变能点亮的灯，我相信这盏灯一定也一定是在中国！” 该研究所特约研究员钟武博士如是说。
自古以来，试图接近太阳的人，似乎都没有一个很好的结局：夸父追逐太阳，最终饿渴而死； 伊卡洛斯和代达罗斯飞向了太阳，但是他们用蜡粘上的翅膀被太阳融化了，掉进了海里死了。 死。 但他们的名字将作为人们追求希望和努力掌握技术的象征而传给后人。
奥斯特洛夫斯基有一句名言：“人的一生就应该这样度过。当他回顾过去时，他不会为自己的无所作为感到羞耻，也不会为浪费他的时间而后悔。这样，当他临终之时他可以说，我的一生和我所有的精力都献给了世界上最崇高的事业——为人类解放而斗争。”
为人类寻求取之不尽、用之不竭的清洁安全能源，不正是人类解放的斗争吗？ 这一刻，我明白了为什么那些老专家提到可控核聚变的研究生涯是一场长跑，是接力赛，而不是短跑。 这就需要一代又一代有志于此的人去努力。
从这个意义上说，虽然围绕人造太阳的科学家们还名不见经传，其中一些人已经奉献了整个青春，但当人造太阳落地之时，他们的名字将永远载入科技史的殿堂。 与夸父和代达罗斯并列。
最后，我还思考了这个装置的核能如何体现丝绸之路的精神？ 仅本研究所每年就有100多人赴美国、日本、欧洲进行学术交流。 学校学术水平逐步从跟跑国际走向领先，在某些方面已达到国际领先水平。 显然，如果没有国际合作，单靠一国是无法形成合力的，可控核聚变发电的实现将拖延多年。 只有秉承“开放、包容、互鉴”的丝绸之路精神，这一天才能早日到来。
背景链接
4月22日，在国家网信办网评局、国务院国资委宣传局指导下，国资委新闻中心国务院委联合发起“科幻作家走进新国企”第二站——“人造太阳”主题活动在中核集团核工业西南物理研究所正式启动。
3天的行程中，11位科幻科普作家走进中核集团，深入中国核工业两个重量级机构、两个从未开放的神秘基地，调研采风，体验现实版的“人造太阳”近距离拍摄。 聚变动力，亲身体验“华龙一号”连锁裂变动力如何造福人类，真正了解钢铁侠的心脏如何源源不断地提供能量，亲身体验大国重型武器的工业威力与美轮美奂。
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