河南文化產業網訊:昨天（16日），國際熱核聚變實驗堆7個成員國代表齊聚中國江蘇，共同研究這一可能影響人類從根本上解決能源問題的計劃。被稱為"人造太陽"的國際熱核聚變實驗堆，它承載的是人類未來新能源的希望。
人造太陽
所謂“人造太陽”，即先進超導托卡馬克實驗裝置，也即國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)建設工程，是當今世界迄今為止最大的熱核聚變實驗項目，旨在在地球上模擬太陽的核聚變，利用熱核聚變為人類提供源源不斷的清潔能源。核聚變能以氘氚為燃料，具有安全、潔凈、資源無限3大優點，是最終解決全人類能源問題的戰略新能源。
在太陽的中心，溫度高達1500萬攝氏度，氣壓達到3000多億個大氣壓，在這樣的高溫高壓條件下，氫原子核聚變成氦原子核，并放出大量能量。幾十億年來，太陽猶如一個巨大的核聚變反應裝置，無休止地向外輻射著能量。
核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量，產生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛的分布在水中，每一升水中約含有30毫克氘，通過聚變反應產生的能量相當于300升汽油的熱能。采集氘并使之與相關物質聚變產生能量，就是人造太陽的原理。
20世紀50年代初，蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出磁約束的概念。蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所的阿奇莫維奇按照這樣的思路，不斷進行研究和改進，于1954年建成了第一個磁約束裝置。他將這一形如面包圈的環形容器命名為托卡馬克（tokamak）。托卡馬克是“磁線圈圓環室”的俄文縮寫，又稱環流器。這是一個由封閉磁場組成的“容器”，像一個中空的面包圈，可用來約束電離了的等離子體。
托卡馬克中等離子體的束縛是靠縱場（環向場）線圈，產生環向磁場，約束等離子體，極向場控制等離子體的位置和形狀，中心螺管也產生垂直場，形成環向高電壓，激發等離子體，同時加熱等離子體，也起到控制等離子體的作用。
幾十年來，人們一直在研究和改進磁場的形態和性質，以達到長時間的等離子體的穩定約束；還要解決等離子體的加熱方法和手段，以達到聚變所要求的溫度；在此基礎上，還要解決維持運轉所耗費的能量大于輸出能量的問題。每一次等離子體放電時間的延長，人們都為之興奮；每一次溫度的提高，人們都為之歡呼；每一次輸出能量的提高，都意味著我們離聚變能的應用更近了一步。盡管取得了很大進步，但障礙還是沒有克服。到目前為止，托卡馬克裝置都是脈沖式的，等離子體約束時間很短，大多以毫秒計算，個別可達到分鐘級，還沒有一臺托卡馬克裝置實現長時間的穩態運行，而且在能量輸出上也沒有做到不賠本運轉。
為了維持強大的約束磁場，電流的強度非常大，時間長了，線圈就要發熱。從這個角度來說，常規托卡馬克裝置不可能長時間運轉。為了解決這個問題，人們把最新的超導技術引入到托卡馬克裝置中，也許這是解決托卡馬克穩態運轉的有效手段之一。目前，法國、日本、俄羅斯和中國共有4個超導的托卡馬克裝置在運行，它們都只有縱向場線圈采用超導技術，屬于部分超導。其中法國的超導托卡馬克Tore-Supra體積較大，它是世界上第一個真正實現高參數準穩態運行的裝置，在放電時間長達120秒的條件下，等離子體溫度為2000萬度，中心粒子密度每立方米1.5×1019個。中國和韓國正在建造全超導的托卡馬克裝置，目標是實現托卡馬克更長時間的穩態運行。
50年來，全世界共建造了上百個托卡馬克裝置，在改善磁場約束和等離子體加熱上下足了功夫。在上世紀70年代，人們對約束磁場研究有了重大進展，通過改變約束磁場的分布和位形，解決了等離子體粒子的側向漂移問題。世界范圍內掀起了托卡馬克的研究熱潮。美國、歐洲、日本、蘇聯建造了四個大型托卡馬克，即美國1982年在普林斯頓大學建成的托卡馬克聚變實驗反應堆（TFTR），歐洲1983年6月在英國建成更大裝置的歐洲聯合環（JET），日本1985年建成的JT-60，蘇聯1982年建成超導磁體的T-15，它們后來在磁約束聚變研究中做出了決定性的貢獻。特別是歐洲的JET已經實現了氘、氚的聚變反應。1991年11月，JET將含有14%的氚和86%的氘混合燃料加熱到了攝氏3億度，聚變能量約束時間達2秒。反應持續1分鐘，產生了1018個聚變反應中子，聚變反應輸出功率約1.8兆瓦。1997年9月22日創造了核聚變輸出功率12.9兆瓦的新記錄。這一輸出功率已達到當時輸入功率的60%。不久輸出功率又提高到16.1兆瓦。在托卡馬克上最高輸出與輸入功率比已達1.25。
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