这个甜甜圈内，如何上演现代版“夸父逐日”？李建刚院士谈“人造太阳” | 星聚墨子（7）

在墨子沙龙和SELF讲坛联合举办的2016年创新大会上，中国工程院院士李建刚，开展了一场题为《追逐“太阳”》的主题演讲。

▲李建刚院士近照 来源：中国工程院官网

核聚变几乎所有的技术都要用到地球上技术的极致。希望在我的有生之年，能够建成人造太阳，让那些没有被文明所照亮的地方，最终被聚变能所点亮。作为一个中国人，第一个电站，我希望它建在中国。

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第一部分

如何告别化石能源：海水也有“超能力”

当前，全球依赖的主要能源如石油、天然气等，终有一天将被耗尽。目前探明的煤炭储量仅可再用200年，这意味着人类未来需告别化石能源时代。核聚变能产生巨大的能量。若能掌控并利用它，产生源源不断的新能源，就好比创造出了一个可惠及全球的“人造太阳”。“人造太阳”是托卡马克的俗称，它就是人们未来得以实现“完美能源”畅想的化身。

▲安徽合肥“夸父”大科学装置园区：下一代“人造太阳”在此研制核心部件。来源：新华社

核聚变被科学家认为是未来人类终极能源之一，可以大规模生产。一方面，它不会产生高排放的废料，相反，核裂变电站使用的化石燃料，一旦发生事故，会产生长达上百万年的放射性废料。另一方面，聚变的产物是无毒无放射性的氦气，非常清洁。

核聚变使用的燃料是海水里面氢的同位素，氘和氚，海水里面存在的氘，可供人类的一千个电站使用上百亿年，也就是说资源是无限的。一杯水里面产生的氘和氚,相当于300公升汽油。未来，若核聚变电站建成，仅两个电站即可为全上海供电，仅需200公斤的水和锂。而煤电站共需要50万吨原料，二者之间，天壤之别。

▲氢原子因原子核内的中子数不同，分化为氕、氘、氚三种形态 来源：澎湃新闻

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第二部分

长得像甜甜圈的“人造太阳”

怎么能够实现人造太阳？上亿度的温度，要把它装到任何容器中,容器都会顷刻之间烟消云散。科学家想了一个办法，把一团火球上亿度的等离子体，用磁场悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触，这个时候就可以把它加热、控制，进而实现“人造太阳”。它的模样就像你们吃的甜甜圈。

▲托卡马克装置基本结构 来源：中国科协会刊科技导报

1951年，自托卡马克概念首次提出至今，人类的研究进展很大，中国、美国、日本等都在大装置上实现了可控的核聚变，从科学上验证了它的可行性。

托卡马克最早是苏联人的发明。苏联人在90年代初期把他们的托卡马克装置卖给中国。国内的科学家们花了一年半的时间把它全部拆掉，又花了两年的时间把它装起来，做了大量的实验。在其他国家只能实现几秒钟的聚变反应时，我们在这个装置上面做到了60秒钟，当时获得了全国十大新闻级别的关注度。

▲2006年，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主建成全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）2025年1月，其实现“亿度千秒”高质量“燃烧”，这是人类首次在实验装置上模拟出未来聚变堆运行所需环境，拍摄于2025年。来源：新华社

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第三部分

“ITER”与中国核聚变技术的飞跃

1985年，在美国、苏联的倡议和国际原子能机构（简称IAEA）的支持下，“国际热核实验堆（简称ITER）”得以确立，它是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。目标是建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性，中国参与其中。

▲ITER计划托卡马克装置概念图 来源：ITER官网

参与ITER计划极大促进了中国核聚变技术的进步。装置内部需要一个磁笼以约束等离子体，它的内部线圈需360吨左右。我们国家在参加ITER国际合作之前，四十年之间只产生了36公斤线圈短样。通过ITER，我们已形成全世界技术最先进，规模最大，产量最大的导线制造系统。西北有色金属研究院旗下的西部超导公司已实现规模量产。此材料还也可供应于医疗领域的核磁共振。又比如，飞机落地的一刹那的冲击力非常之大，对起落架材料的要求非常之高，利用ITER上面的材料，也解决了航母歼15的起落架的问题。另外，热能的第一层屏蔽装置“核导”，重8000吨，需耐零下269度极低温和强辐射，这是一种特殊的不锈钢。山西太钢可年产上万吨。

90年代初，我们就提出在全世界率先做全超导的托卡马克装置，这就是东方超环，我们希望它能够长时间的，从几秒钟到、一百秒、一千秒甚至几个月，持续维持上亿度。想把时间做得更长，难度还有很多。核聚变几乎所有的技术都要用到地球上技术的极致。希望在我的有生之年，能够建成人造太阳，让那些没有被文明所照亮的地方，最终被聚变能所点亮。作为一个中国人，第一个电站，我希望它建在中国。

▲2026年央视春晚镜头聚焦合肥未来大科学城的夸父雕像。来源：安徽新闻联播