“人造太陽”的原理
“人造太陽”，就是模仿太陽上時刻都在發生的核聚變。核聚變就是兩個原子核相聚、碰撞，結合成一個新的原子核的過程。氫的兩個同位素——氘和氚的原子核聚合在一起，生成一個氦原子核，同時釋放出一個中子，伴隨著大量伽馬射線和中微子等物質，這意味著質量的虧損。根據愛因斯坦那個著名的質能方程式E=mc2，質量的虧損意味著能量的釋放——兩個氫同位素的聚變大約能夠釋放17.6兆電子伏特的能量。
從上世紀50年代中后期到70年代末，各國對核聚變多途徑的研究完成了“原理性探索”，到70年代末，蘇聯專家制造的托卡馬克裝置成為磁約束聚變的主流，國際核聚變研究開始集中到托卡馬克裝置的研發和實驗。美國、歐洲、日本都相繼建立了自己的裝置進行實驗，我國也由中科院物理所研制出首臺裝置CT-6。然而，托卡馬克建堆需要三個要素:“高溫度、高密度和足夠的能量約束時間。”直到上世紀90年代，這些條件才逐漸接近或達到這三個要素，核聚變發電的可行性才得到證實
1938年，德國科學家貝特、魏茨澤克獨立地推測太陽能源可能來自它的內部氫核聚變成氦核的熱核反應，這甚至早于核裂變模型的提出。然而，與能夠在室溫下進行的裂變不同，聚變發生需要巨大能量。這是因為當兩個帶正電的氫原子核靠近的時候，根據“同性相斥”的原理，相互間的斥力將阻礙聚變的發生。
要克服這種阻礙，只有兩種途徑:強大的引力，或上億度的高溫。太陽的質量是1989億億億噸，約為地球質量的33萬倍。在它的強大引力場的作用下，太陽的中心溫度達到1.5億攝氏度，即使表面溫度只有6000攝氏度左右，也能夠支持核聚變的持續發生。然而，地球上并不具有這樣強大的引力場。因此，要想在地球上實現核聚變，只能依靠上億度的高溫。
不過，這又帶來了新麻煩:如此高溫下，核聚變燃料就成為等離子體。所謂等離子體，是在固體、液體和氣體上的物質形態。在等離子體狀態下，物質微粒的運行更難以捉摸。而實現可控制的核聚變，就必須約束這些“亂跑”的等離子體。那么，怎樣在高溫下約束等離子體的運行？
20世紀40年代末，蘇聯科學家提出了“磁約束”概念，即通過強大的磁場形成一個封閉的環繞型磁力線，讓等離子體沿磁力線運行。磁體通電后會產生巨大磁場，將等離子體攬在懷中做高速螺旋運動，就好像鏈球運動員一樣，雖然球在圍著身體高速旋轉，控制球的繩子卻一直抓在手里。根據這一原理，蘇聯科學家于1954年制造了第一個“環形磁約束容器”裝置——托卡馬克(Tokamak)。
新的問題又出現了:要約束這些能量巨大的等離子體，就必須要強大的磁場;而強大的磁場需要強大的電流。根據電學方程，電流遇到電阻會產生熱量。事實上，以往的核聚變實驗裝置，大多是因為這一過程產生大量熱量而只能脈沖運行，并且耗電巨大。怎樣避免這一缺陷？
1912年，荷蘭物理學家開默林-昂內斯在偶然間發現，他的水銀樣品在低溫4.25K左右(零下269攝氏度左右)時電阻消失，接著，他又發現鉛、錫等金屬也有這樣的現象。他將這種現象稱為超導電性。這一發現，開辟了一個嶄新的物理領域。在解決人工可控核聚變裝置的散熱問題時，科學家們想到了超導。
在超導的應用技術中，中國科學家走在了各國同行的前列。在ITER項目中，超導技術是中國的強項，也是主要貢獻之一。在超導技術應用下的磁約束裝置，能使“人造太陽”給我們帶來持續的溫暖。（陳超 陳曉晨/三聯生活周刊）
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