太陽也能人造？人類正在逐步掌握控制核聚變的神秘力量
今天，蝌蚪君要給各位小夥伴推送一篇足夠硬的科普文。
這篇文章，關乎到「人類文明的未來還能延續多久」這個值得深思的問題。
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目前，激長的能源需求與現有的不可再生地球資源之間的矛盾日益加劇，主宰世界的石油、天然氣等化石燃料，因其不可再生性以及環境污染性，讓越來越多的人把目光投向清潔能源，如光能、潮汐能、風能的研究以及開發、利用上。
但是，科學家們還遠不滿足於此。
想知道他們會有什麼大計劃嗎？請慢慢往下看。
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大家都明白，上述地球能源歸根結底全部來自於距離地球最近的恆星——太陽。
幾十億年來，太陽以其內部龐大的能量源，溫暖著我們的地球，並由此直接催生了地球生命的誕生與發展。
科學家們很早就曾大膽的計劃，地球上是否可以人為製造類似小型太陽的產能裝置，即「人造太陽」計劃。
要製造太陽，必須要了解太陽的能量來自於哪裡。
太陽的結構
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太陽的能量來源
天體物理學家們研究發現，太陽的核心部分，溫度高達1500萬攝氏度，壓力高達2500億個大氣壓。如此高溫高壓下，這一部分區域在不間斷的發生著核聚變反應。
聚變反應過程中，四個氫原子核結合，成為一個氦原子核，並損失掉一部分質量。根據狹義相對論所堆出的質能方程，這一部分質量釋放出大量的能量。
根據科學家們的探測數據粗略推測，太陽中心每秒鐘核聚變釋放的能量相當於92千萬億噸TNT當量，即相當於每秒鐘太陽中心，爆炸約4萬億顆曾爆炸於廣島的「小男孩」原子彈。
太陽發生以每秒鐘6.2億噸氫的核聚變反應
實際上，我們所熟知的核武器中的氫彈，利用的正是類似於太陽中心的核聚變反應。
只不過這一反應是先通過類似原子彈的裂變反應，提供高溫高壓極端條件，然後觸發了聚變反應。
可以看做是模仿了太陽中聚變反應的最後一步，並在短時間內釋放出具有破壞性的能量。
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核能的和平利用
人類首顆原子彈爆炸、古巴導彈危機……使人類深深認識到了核武器駭人的巨大破壞性能量。
此後，通過和平的手段利用核能，成為科學界長久以來的夢想與努力的方向。
日本福島核電站
依據原子彈核裂變的原理產生能量的核電站，在世界範圍內發展迅速。
特別是歐洲、日本等土地面積和自然資源匱乏，科技實力卻處於領先地位的國家，幾乎把核電站作為本國主要的能源獲取方式。
然而近年來，隨著核泄漏、核污染事件的報道，世界範圍內的大型核電廠建設遭到廣泛的質疑和詬病。
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核裂變反應原理示意
核裂變為原子彈的基本放能機制，不同於核裂變，氫彈中利用的核聚變反應同為太陽（一切恆星）中心的能量產生機制，產物都為日常生活中常見的元素，不會產生放射性物質，不存在任何污染，且聚變反應能量產出遠遠大於裂變反應。
此外，不同於裂變反應原料鈾，聚變反應原料為氫的同位素，獲取它十分容易，並且在大海中的存量十分豐富。
可以說，聚變反應能必將成為人類在未來的主要能量來源。
核聚變反應原理示意
可是，為什麼現在一直沒有一家核電站是利用聚變能產生能量的呢？這就在於，觸發聚變反應所需要的條件極為苛刻。
想要在地球上人為製造類似太陽中心所能達到的超高溫高壓，不是一件十分容易的事。
而氫彈中，利用裂變觸發聚變的方式又太過武斷、簡單，只能瞬間釋放能量，無法人為可控的長時間持續提供能量（總不能建造個電場，天天在裡面炸氫彈吧）。
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ITER計劃
國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor），也被稱作「人造太陽」計劃。
這一計劃1985年被國際科學組織倡議，並於1988年開始實驗堆的研究設計工作。
2005年，歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這7個主要參與方正式簽署了聯合實施協定，啟動實施ITER計劃。
計劃歷時35年，其中建造階段為10年，運行和開發利用階段為20年、去活化階段為5年。
目前為止，ITER計劃是世界上僅次於國際空間站的又一個國際大科學工程計劃。
由於達到核聚變所需要的條件極為苛刻，也即是需要接近太陽核心處的高溫高壓。
考慮到安全因素，一切科學實驗都應該盡量避免高壓，因此只能提高溫度（溫度高了，大不了不去碰它，但是如果壓力大了，萬一出事故，那可就是爆炸）。
在上億攝氏度的溫度下，一切已知物體都會氣化，甚至接近等離子體態，沒有一種容器能放得了這麼高溫的東西。
科學家們想到一種實驗裝置：利用某種裝置使加熱物質懸浮於空中，不與其它任何物體接觸，並可以持續加熱到極高溫度。
這就是著名的托卡馬克實驗裝置。
利用了可以產生超強磁場的托卡馬克實驗裝置。用磁場將帶有電荷的等離子體約束於裝置的腔體中，被磁場約束的高溫等離子體在腔體中懸浮著做迴旋運動，並不會碰到腔壁。
托卡馬克實驗示意
在該計劃中，主要是利用了可以產生超強磁場的托卡馬克實驗裝置。
用磁場將帶有電荷的等離子體約束於裝置的腔體中，被磁場約束的高溫等離子體在腔體中懸浮著做迴旋運動，並不會碰到腔壁。
經過逐步加熱至億攝氏度以上的超高溫度，從而觸發持續的聚變反應。
托卡馬克實驗裝置結構
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我國的核聚變能研究
我國核聚變能研究開始於60年代初，儘管經歷了長時間非常困難的環境，但始終能堅持穩定、逐步的發展，建成了兩個在發展中國家最大的、理工結合的大型現代化專業研究所，即中國核工業集團公司所屬的西南物理研究院（SWIP）及中國科學院所屬的合肥等離子體物理研究所（ASIPP）。
EAST是由中國科學家獨立設計建造的世界首個全超導核聚變實驗裝置，於2007年通過國家驗收。
它在近年來取得了一系列處於國際領先地位的實驗成果，其科學目標是為ITER計劃和中國未來獨立設計建設運行核聚變堆奠定堅實的科學和技術基礎。
EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置
2012年，EAST物理實驗曾創造32秒高約束模世界紀錄。
為進一步發展穩態高約束模，近年來，EAST相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統的升級改造，克服了加熱與電流驅動、分布參數測量等關鍵技術難題，深入研究和基本解決了射頻波耦合、高約束等離子體穩定性控制、低動量條件下加熱和電流驅動下輸運等一系列物理問題，為實現長脈衝穩態高約束模等離子體奠定了堅實的基礎。
EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置結構
就在不久前，位於合肥的中科院等離子體物理研究院的超導托卡馬克實驗裝置EAST報告等離子約束時間取得了重大進步：在第11輪物理實驗中再獲重大突破，獲得超過60秒的穩態高約束模等離子體放電，不僅在等離子體參數、約束性能和維持時間長度上全面、大幅度超過2012年的結果，而且實現了完全的非感應電流驅動（即穩態）。
EAST因此成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。
在純射頻波加熱、鎢偏濾器等條件下，實現穩態高約束模等離子體放電，是ITER的基本運行模式之一，ITER將採用射頻波主導的低動量注入運行模式以及主動水冷的鎢偏濾器結構。
EAST是目前世界上唯一具備這兩大特色的且具有長脈衝運行能力的全超導托卡馬克，其穩態運行模式將為ITER和未來核聚變反應堆提供重要參考。
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蝌蚪君覺得，如果未來某一天地球上的化石資源被人類消耗殆盡，這將不會是人類文明的終點，新的聚變能必將開啟人類文明新的歷史篇章。
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