「核聚变」厉害了我的国——“中国太阳”实现1亿摄氏度运行近10秒！等离子体|托卡

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最近我国央视发布新闻说，中国“人造太阳”首次实现1亿摄氏度运行近10秒。这意味着什么呢？今天我们就来聊聊中国的“人造太阳”及其运行原理。

在1950年的时候，由苏联的几位科学家发明了一套装置，这套装置叫做托卡马克装置。它的含义叫环形真空磁线圈是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器。从那个时候开始世界各国都在努力的去研究这个核聚变的装置。 90年代开始正式中国立项，一直到现在。由于与太阳发光发热的原理相同，受控核聚变实验装置又被称为“人造太阳” 。中国人造太阳的真名叫“EAST” ，是英文“Experimental Advanced Superconducting Tokamak”的缩写，意为“先进实验超导托卡马克” ，同时英文“EAST”又是“东方”的意思，所以又被称为“东方超环” 。它是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，也是中国第四代核聚变实验装置。

核聚变，简单来说，就是几个氢原子核融合在一起，变成氦原子核，释放大量能量。我们都知道原子是由原子核和电子构成。电子围绕原子核转，但是在极高的温度下原子的正电荷和电子分开形成等离子体。那么“人造太阳”它是怎么实现对这个核聚变进行控制呢？

【「核聚变」厉害了我的国——“中国太阳”实现1亿摄氏度运行近10秒！】
首先我们来聊聊它怎么实现高温的条件，一般我们用微波进行加热。实验室里有一个很功率巨大的微波炉，这个微波炉的功率大概是107瓦，大概相当于我们家用微波炉的20000倍。我们用这么大的功率的微波炉。把这个分子变成了一个等离子体。这个等离子体的温度可以达到1亿开尔文（相当于1亿摄氏度）。在这个温度中，现任何已知材料都无法承受如此的高温。这1亿开尔文的东西我们拿什么去束缚呢？就是用强磁场。让高温的带电粒子通过洛伦兹力在磁场中偏转，让带电粒子一边往前匀速直线运动，一边做匀速圆周运动，形成像弹簧一样的一个螺旋的往前运动。用磁场让高温的等离子体悬在空中，不与容器壁接触。这种用磁场“拴住”高温等离子体来实现可控核聚变的方法叫做：磁约束。

当然想要“拴住”高温等离子体的磁场要非常强大，这就造成你环上的电流要非常非常的大，电流大了以后，环就会发热。最后会烧掉，为了防止它烧掉，所以我们需要使用超导材料，所以我们现在使用的这个托卡马克装置都是超导托卡马克， “EAST”里边这个S就是superconductor就是超导的意思。

说起来原理并不是很复杂，但实际上有很多需要精确控制的东西，托卡马克装置从提出到现在已经有70年的左右的时间，但是到目前为止，全世界还没有任何一家实验室能够把它用于商业化，因为你要想商业化，不能光是实现聚变，还要释放出来的能量得大于使用电能消耗的能量，同时还必须持续长时间的放电。
我国的“东方超环”自2006年建成以来，一直处在磁约束核聚变技术的前列。此次“东方超环”实现1亿摄氏度运行近10秒，也标志着中国已经站在了世界核聚变研究的前端。为核聚变商业化迈出了坚实的一步，相信在不久的未来，我们都将拥有“取之不尽用之不竭”的环保新能源。厉害了我的国！