「本文来源：中国数字科技馆」

文/苏伐

在中华古代传说当中，“后羿射日”可谓是家喻户晓的一个。在这个故事里，十日同天，大旱不止，人民苦不堪言。为了拯救苍生，神射手后羿便张弓搭箭，射下了九个太阳。斗转星移，人类的视野已然从脚下的一亩三分地投向更为广阔的星辰大海。当年需要“射下”太阳的中华民族现在要让天穹多一颗明亮的“中国太阳”！

说到“中国太阳”，当年刘慈欣也写过一篇著名的科幻小说，还就叫《中国太阳》。但很可惜，这次不是著名科幻小说变成现实的梦幻联动，大刘写的“中国太阳”和我国现在正在搞的这个，并不是同一个东西。

在大刘的《中国太阳》里，“中国太阳”是一项“改造国土生态的超大型工程”，使用纳米镜膜在地球同步轨道建造的反射镜面，通过反射太阳光在天空中造出一个“人造太阳”，再通过“人造太阳”的照射来改变大气的热平衡来影响大气环流、增加海洋蒸发量、移动锋面等等，改变地区气候，比如给干旱的西北带来更多降水。

而我国现在搞的中国太阳，是一项清洁能源工程，也就是传说中的“可控核聚变”。在大刘的《三体》中，可控核聚变是人类科技被智子锁死后最重要的技术突破之一，也正是利用这项技术，才使得人类能够解决恒星级战舰以及掩体纪元中太空城的能源问题。

而《三体》中的名场面章北海杀人，也是因为工质核聚变发动机与无工质核聚变发动机的研究方向之争。

那么，“可控核聚变”到底是什么技术？现实中的中国太阳是怎么实现的呢？以及，可控核聚变为什么被叫作“中国太阳”？

什么是可控核聚变

要说可控核聚变，显然要先讲讲核聚变。我们在中学物理都学过原子核能，是因为原子核结构发生变化所释放的能量，也叫作核能或是原子能。

原子核能分为核聚变和核裂变。简单地说，核聚变就是两个或多个原子（或原子核）聚合成一个原子，核裂变就是一个原子分裂成两个或多个原子（和其他粒子）。在聚变和裂变的过程中，都会释放出巨大的能量。

最早的原子核能是不可控的，被应用在武器中，也就是通常所说的核武器。利用质量较大的原子（如铀、钚）裂变而制造的核武器称为原子弹，比如二战后期美军在日本广岛和长崎丢下的；利用质量较轻的原子核（如氘、氚）聚变而制造的武器称为氢弹。氢弹在实战中没有使用过，但中、美等国都拥有氢弹技术，并且拥有氢弹。

原子核能这个东西，释放的能量巨大，无论毁灭还是利用，都是价值非常高的能源。核裂变和核聚变相比，核裂变技术难度低一下些，但核聚变的能量更大。因此，和第一个核武器是核裂变的原子弹一样，最先的可控核技术也是可控核裂变。

也就是我们现在的核电站。

核电站的原理和热电站有些类似，都是利用热能将水蒸发成高压蒸汽，利用高压蒸汽推动汽轮机发电。不过热电站利用的是化石燃料产生热能，而核电站是利用核裂变产生热能。这也就是为什么经常有人开玩笑，说“利用核能就是烧开水”。

我国现在拥有浙江的秦山核电站、广东的大亚湾核电站和江苏的田湾核电站，可控核裂变技术位于世界前列。

但令人遗憾的是，可控核聚变技术现在仍在研究之中。

比如我们的“中国太阳”。

为什么叫中国太阳

虽然叫“中国太阳”，但从外观上来看，和太阳可没有任何相似之处。现在研究的可控核聚变设备是一个巨大的核反应堆，放眼望去只看得到满眼金属的颜色，也不是球形的，看起来可真是一点儿也不像太阳。

核聚变并不是全部都是人为，事实上更广泛更普遍的核聚变是自然产生的，只不过不在我们的地球上，而是在宇宙之中。

就是在太阳以及其他恒星上。

太阳的发光发热，就是因为在太阳上接连不断的核聚变，相当于太阳上无时无刻有氢弹爆炸。这些光和热量传播到地球上，才有了人类和所有生物赖以生存的家园。

而可控核聚变，也正是和太阳一样，利用核聚变来为世界提供能源。因此在各国的研究中都被称作“人造太阳”，而我们中国设计研发的，就是“中国太阳”。

上面说到过，核聚变就是将氘或者氚聚合成新原子，同时释放出能量。最早的核聚变是在实验室中，将加速后的氘原子核以极高的速度撞击氚原子核，形成一个新原子（氦原子）和自由中子，并释放了能量。之后的核聚变无论军用还是民用，不可控还是可控，原理都与之相同，都是利用高速的氘和氚撞击。

氘和氚都是氢的同位素。在实验中分离并单个加速一个原子核不难做到，但要使大量氘和氚高速撞击，显然需要更有效率的批量方式。

解决的办法，就是加热。

我们都知道，物质有固态、液态和气态三种形态。但实际上，物质还有第四态，也就是等离子体。等离子体也称作电浆，是发生了一定程度电离的气体。如果把氘和氚加热到极高的温度，它们就会电离成等离子体，原子核和电子不再受库仑力的约束，可以理解成把原子核和电子分开了。其他三种形态下，原子和电子是拖家带口的，就像坐在一辆车上的一大家子，但在离子态下它们不坐一辆车了，各自都有自己的小电驴，自由自在地单独行动了。

等离子态下的氘原子核和氚原子核因为极高的温度，做着速度极高、非常剧烈的布朗运动。它们猛烈地撞击，融合成氦原子，发生核聚变，释放能量。

中国太阳是怎么实现的

前面说到，核聚变需要将氘和氚加热到极高的温度。事实上，这个温度是超过常人理解的——需要上亿摄氏度。

这得什么样的材料，才能不烧穿啊！

对反应堆的加热，当然不是直接在反应堆下生火了，也不是用别的方式在反应堆的外壳直接加热。而是利用等离子体的特性加热。

等离子态除了温度特别高之外，和固态、液态、气态还有什么区别？是电离啊——等离子态下原子核和电子是完全电离的，而我们都知道，原子核带正电，电子带负电。

也就是说这时候的物质，就是一锅带电粒子啊。

带电粒子自然就能导电，也有电阻，能利用电的热效应，也就是欧姆加热。还可以利用微波加热，比如电子回旋共振加热，或是对气体进行压缩来提升温度。

但材料烧穿的问题依然没有解决——没有容器装得下这一锅离子汤啊。

想象一下熔化的铁水，如果倒进塑料杯子里是不是直接就被烧穿了？铁水会把塑料烧个洞漏下来。现有的材料没有能够承受得住上亿的温度，但好消息是，等离子体不是一般的物质。

就像我们上面说过的，它们是带电荷的物质。

带电的粒子能被磁场俘获啊！

中国太阳利用的是一个叫托卡马克的装置，也就是一个利用磁场约束高温等离子体的装置。

托卡马克是非常著名的可控核聚变模型，连钢铁侠的方舟反应炉设计，就是借鉴了托卡马克的原理。

*四川成都HL-2A托卡马克装置

托卡马克是上个世纪50年代由前苏联的研究人员发明的，是一种利用磁场约束来实现可控核聚变的环形容器，因此也被称作环磁机。我们的“中国太阳”用的也就是这种技术。中国太阳的全称是先进实验超导托卡马克实验装置（ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak），取首字母简称为EAST。

虽然托卡马克是前苏联发明的，但EAST中有大量技术都是我国自主研发的，核心技术多项，专利近0项，首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热等关键技术。

虽然我们这次取得了突破，但全世界的可控核聚变装置燃烧时间都是以秒来计算的，我国刚刚取得的世界纪录是1.2亿摄氏度下秒，而之前的记录是韩国的，只有20秒，这次足足是5倍之多。

也许未来，我们能广泛使用可控的核聚变，彻底解决这个世界的能源危机。