日前，“EAST”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變裝置(俗稱“人造太陽(yáng)”)低溫系統(tǒng)改造工程的子工程——液氮傳輸線改造工程在合肥竣工，成功實(shí)現(xiàn)液氮傳輸功能。該工程可為“人造太陽(yáng)”的重要部件降溫，保障其穩(wěn)定運(yùn)行。至此，“人造太陽(yáng)”低溫系統(tǒng)改造工程告一段落。據(jù)介紹，“人造太陽(yáng)”是世界首個(gè)同時(shí)具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。
新聞當(dāng)事人：萬(wàn)元熙（“人造小太陽(yáng)”核心研究員）
采訪記者：王云 蔣勇
人物檔案：
萬(wàn)元熙，1939年出生。1964年北大本科畢業(yè)，1967年北大研究生畢業(yè)。主持過(guò)國(guó)家九五重大科學(xué)工程項(xiàng)目“大型非圓截面超導(dǎo)托卡馬克裝置”，現(xiàn)為亞洲等離子體協(xié)會(huì)執(zhí)行理事，國(guó)際核聚變期刊（ＮＦ）中國(guó)編委；中國(guó)核學(xué)會(huì)理事，中國(guó)等離子體物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事，是等離子體物理學(xué)科知名科學(xué)家。
萬(wàn)元熙研究員參與創(chuàng)建中科院等離子體物理所，在使該所成為國(guó)內(nèi)外重要著名核聚變研究基地過(guò)程中做出了重大貢獻(xiàn)；他領(lǐng)導(dǎo)和直接參與多個(gè)托卡馬克、包括超導(dǎo)托卡馬克的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)，使中國(guó)核聚變研究不斷取得突破性進(jìn)展。
“我們的裝置不是人造小太陽(yáng)，而是為未來(lái)建造人造小太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”，我國(guó)等離子體物理學(xué)科知名科學(xué)家、中科院等離子體物理所研究員萬(wàn)元熙在2006年安徽科技活動(dòng)周的一場(chǎng)專題報(bào)告會(huì)上，全面解釋了一直被媒體稱為“人造小太陽(yáng)”的超導(dǎo)托卡馬克裝置，并澄清了這個(gè)一直以來(lái)的“誤解”。
究竟什么是人造小太陽(yáng)？人類為什么要制造“太陽(yáng)”？我國(guó)究竟在這項(xiàng)宏偉的計(jì)劃中處于什么樣的位置？通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻直播，萬(wàn)元熙為公眾“從頭說(shuō)起”。
造太陽(yáng)是因?yàn)槿祟惷媾R能源危機(jī)
萬(wàn)元熙：即便按1998年的能源消耗量計(jì)算，地球上已探明的可用能源量，石油只能再使用50年，天然氣只能再使用70年，煤炭約200年，即便加上未探明儲(chǔ)量和其他因素，地球上的能源也只能再使用200至300年。
而且，隨著人口的增加，到本世紀(jì)末，能源用量會(huì)增加到現(xiàn)在的3至4倍。大約在2050年，地球上能源生產(chǎn)量和需求量將達(dá)到一個(gè)“拐點(diǎn)”，此后，需求缺口將越來(lái)越大。此外，由于目前的能源大部分屬于化石燃料，還將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。中國(guó)的能源問(wèn)題相較于世界，更加嚴(yán)重。目前，中國(guó)人均能源消耗量約是世界平均水平的1／2、發(fā)達(dá)國(guó)家的1／10、美國(guó)的1／13。如果達(dá)到美國(guó)現(xiàn)在的水平，我國(guó)的能源用量就相當(dāng)于現(xiàn)在的13倍。
從衛(wèi)星上看，地球上夜晚最亮的地方是美國(guó)、歐洲和日本這些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，中國(guó)的沿海地帶比較亮，未來(lái)中國(guó)更多的地方還要亮起來(lái)，能源的消耗將是巨大的。
因此，必須尋找到替代能源——“人造小太陽(yáng)”，其實(shí)就是要開發(fā)利用核聚變能，為人類提供可持續(xù)發(fā)展的清潔的新能源。
海水將成為用之不竭的新能源
萬(wàn)元熙：核聚變能將是人類可持續(xù)發(fā)展的清潔新能源。核反應(yīng)有兩種，一種是實(shí)現(xiàn)原子彈爆炸的核裂變，在常溫下即可發(fā)生；可控制的核裂變，即可建成核電站。但是核裂變需要的原料鈾礦，也只能再使用約60年，而且會(huì)產(chǎn)生大量的且持續(xù)幾千年甚至上萬(wàn)年的核廢料。
另一種核反應(yīng)是核聚變，太陽(yáng)之所以能夠釋放無(wú)窮盡的能量，就是因?yàn)槠洳粩嗟暮司圩兎磻?yīng)，氫彈的爆炸也是基于氫的同位素氚（音同“川”）和氘（音同“刀”）的聚變反應(yīng)。
而且，由于氘廣泛地分布在水中，每一升水中約含有30毫克氘，通過(guò)聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升油的熱能，這也就是“人造太陽(yáng)”的原理。這種聚變只有短期輻射性，因此，既是無(wú)限的，又是清潔的。
根據(jù)分析，如果未來(lái)能建成一座1000兆瓦的核聚變電站，每年只需要從海水中提取304公斤的氘就可以產(chǎn)生1000兆瓦的電量，照此計(jì)算，地球上僅在海水中就含有的45萬(wàn)億噸氘，足夠人類使用上百億年，比太陽(yáng)的壽命還要長(zhǎng)。所以，海水將成為人類取之不盡用之不竭的新能源。
托卡馬克是要將核聚變“管”起來(lái)
萬(wàn)元熙：如何將氫彈這種不可控制的核聚變，變成可控制的核聚變，托卡馬克裝置即緣于此。太陽(yáng)之所以不會(huì)像氫彈那樣爆炸，是因?yàn)槿f(wàn)有引力使太陽(yáng)這個(gè)比地球重幾十萬(wàn)倍的天體形成一個(gè)“被約束的大火球”，只會(huì)持續(xù)地產(chǎn)生能量，而不會(huì)爆炸。托卡馬克則是另一種“約束核聚變能”的容器。
大家一般都知道隨著溫度的升高，物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種形態(tài)，事實(shí)上，如果溫度達(dá)到1億度，氣態(tài)的物質(zhì)會(huì)被進(jìn)一步“拆散”，成為一個(gè)個(gè)“完全電離的氣體”，也就是物質(zhì)的第四種形態(tài)“等離子體”。
托卡馬克其實(shí)是一個(gè)環(huán)形磁容器，造成一個(gè)磁場(chǎng)，使所有的帶電離子只能沿著磁力線前進(jìn)，而不會(huì)“逃離”，像一個(gè)“磁籠”。
通過(guò)過(guò)去60年的研究，在這種裝置上，已經(jīng)可以把氘氚的聚變?nèi)剂霞訜岬?億到5億度的高溫區(qū)，然后在高溫下發(fā)生大量的聚變反應(yīng)。在世界上最大的托卡馬克裝置歐洲聯(lián)合環(huán)上面已經(jīng)獲得了最大的聚變功率輸出，到了16兆瓦到17兆瓦。
由于這些數(shù)據(jù)是由世界各國(guó)不同的托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)的，因此，開發(fā)核聚變能的科學(xué)可行性已經(jīng)得到證實(shí)。
但是，這些都只能短暫地運(yùn)行。我國(guó)的托卡馬克裝置ＨＴ－7在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行上的成績(jī)最為優(yōu)異，能量輸出可以存在300秒左右，而其他各國(guó)的裝置盡管輸出功率高，但只能維持幾秒鐘。
中國(guó)什么時(shí)候有真正“人造小太陽(yáng)”
萬(wàn)元熙：目前即將建造的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ＩＴＥＲ就是一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，總投資50億美元，預(yù)計(jì)10至15年建成，我國(guó)也參與了這個(gè)計(jì)劃。
與此同時(shí)，我國(guó)從1998年開始，正式啟動(dòng)了自己的超導(dǎo)托卡馬克計(jì)劃。這一計(jì)劃原名ＨＴ－7Ｕ，現(xiàn)名ＥＡＳＴ（實(shí)驗(yàn)的、先進(jìn)的超導(dǎo)托卡馬克），2000年開工，今年3月完成工程調(diào)試，7月將進(jìn)行首輪正式放電，年底進(jìn)行國(guó)家驗(yàn)收。ＥＡＳＴ是國(guó)際同類裝置中使用資金最少、建設(shè)時(shí)間最短、一次工程調(diào)試即成功的裝置。
這也將是全球第一個(gè)全超導(dǎo)的、可以穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的托卡馬克裝置。不過(guò)，它其實(shí)不是人造小太陽(yáng)，它只是為未來(lái)建設(shè)人造小太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它不產(chǎn)生能量，7月的放電同樣只是一次實(shí)驗(yàn)，不產(chǎn)生能量。
那么，究竟什么是人造小太陽(yáng)呢？“磁約束核聚變”未來(lái)的研究目標(biāo)是三步走，首先是要建成等離子體實(shí)驗(yàn)堆，其次是要建成工程示范堆，最后才能建成聚變能電站。只有聚變能電站，才能被稱作“人造小太陽(yáng)”。
如果用30至50年的時(shí)間，能夠成功實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，建成聚變能電站，人類將真正擁有取之不盡用之不竭的清潔新能源。中國(guó)的ＥＡＳＴ裝置就是要在這個(gè)過(guò)程中作出自己的貢獻(xiàn)，并為我國(guó)未來(lái)熱核聚變的研究建立工程和物理的基礎(chǔ)并準(zhǔn)備人才。
從基礎(chǔ)研究到工程技術(shù)，再到聚變能電站，50年對(duì)于一個(gè)人可能是漫長(zhǎng)的，但對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō)，是非常短的時(shí)間。聚變能的開發(fā)還需要幾代人的艱苦努力，但這個(gè)夢(mèng)想一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。就好像100多年前，人類的第一架飛機(jī)只在天空中停留了幾分鐘；但僅僅是100多年的時(shí)間，飛機(jī)已成為最便捷、最安全的交通工具。
