对话可控核聚变科学家：从奥本海默到人造太阳，人类无限清洁能源梦还有多远？

出品 |科技

作者 |周锦童

编辑 |杨锦

电影《奥本海默》的热映，再次引起人们对这位传奇科学家的关注，同时，也将我们带回到那个历史时刻，“见证”原子弹这一最具毁灭性武器的诞生过程。

核反应释放出的能量特别巨大，核反应的实现不仅扭转了战争的结局，也改变了世界的能源格局。从军事威慑力慢慢转向核电技术，从核裂变到核聚变，再让核聚变可控，成为科学家们奋斗的目标。

如今，可控核聚变的话题一次次出现在大家的视野中，国内外的科研成果进展经常引发广大网友热议。“人造太阳”究竟是什么？为什么要实现可控核聚变？可控核聚变究竟有什么意义？

据悉，目前我国有中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院两家专业的研究机构，以及一些高等院校和高技术科技公司从事相关研究和人才培养。其中等离子体物理研究所在聚变工程上及实验物理方面走在国际前沿，主导了EAST、CRAFT等大科学工程项目，并参与国际大科学计划。

因此，科技探访了中国科学院等离子体物理研究所，一睹了有中国“人造太阳”之称的世界首个全超导托卡马克EAST装置的真容，并对话了中国科学院等离子体物理研究所一线青年科学家孟令义博士后。

揭开“人造太阳”的神秘面纱

高11米、直径8米、重400吨的“人造太阳”成为了合肥科学岛的名片，这个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）不仅是国家的大科学装置，同时也是解决人类能源问题的重要实验平台。

全超导托卡马克核聚变实验装置 中国科学院等离子体物理研究所供图

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所是国内较早做可控核聚变研究的单位，目前正在运行的大装置叫EAST，中文名字是东方超环。据孟令义介绍，“东方”有两层含义，第一层含义意味着中国要在世界上率先实现可控核聚变，其次太阳也是从东方升起的。EAST翻译过来就是实验性的、先进的、全超导的托卡马克装置。

之所以称其为“人造太阳”，并不是要造个太阳挂在天上，而是模仿太阳核聚变的方式，在地球上建造可控核聚变的反应装置,进而发电。

“这个装置是非常庞大且复杂的，它具有多个系统，包括真空、低温、电源、辅助加热、诊断等，整个装置的运行需要各个系统的协同控制，哪个系统出了问题，实验都是做不成的。”孟令义如是说。

目前国内外有很多大型的可控核聚变装置，都各有特色。孟令义介绍说，EAST的装置不敢说各个方面都第一，但在国际上肯定属于第一梯队。

EAST三大科学目标的达成

EAST装置建立之初有三大科学目标：电流要达到一兆安，运行时间要达到1000秒，温度要达到1亿度。目前，三个目标已经分别实现，下一步可能会把三个目标结合起来。

谈及EAST的优势，孟令义表示，EAST的线圈是全超导的，产生的焦耳热很低，整个磁场可以长时间稳态运行。他相信，随着高温超导发展，托卡马克装置也会采用高温超导线圈，这将对实现可控核聚变起到巨大的推动作用。

在现场，科技看到EAST真空室内部是一个部件一个部件拼起来的，孟令义经常会进入真空室更换零件，偶尔碰到、磕到会非常疼。

这个坚固的装置面对一亿度的高温时，内部又是非常脆弱的。孟令义的工作就是要设法解决装置内部部件的热负荷的问题。如果想要控制核聚变反应就需要知道装置内部等离子体具体参数是什么，比如温度、密度等，所以他的工作就是对其进行“诊断”。

他在这个装置内壁上放置了大概300多根朗缪尔探针，探针安装在装置内壁下面有个叫偏滤器的地方。等离子体最终都会打到下面的凹槽（偏滤器），它的作用是来排出装置内部的杂质。之所以要排出杂质，是因为发生核聚变主要是氘氚、氘氘聚变，装置里的杂质会辐射能量，不利于聚变。

工作中的孟令义 中国科学院等离子体物理研究所供图

据介绍，未来聚变装置偏滤器可能会达到上百兆瓦每平米的热流，但是目前偏滤器材料最多只能承受20兆瓦每平米的热流。所以需要研究偏滤器等离子体的状态，先测量再研究，再找办法控制，最终解决这个问题。“聚变托卡马克是一个短板效应，我希望可以把这个难题解决掉。”

在做1000秒放电时，发生了很多次边界材料融化的问题，一旦装置发生问题，整个实验都必须停下来。“前期可能已经达到900秒了，但是就差那100秒就又重新回到0。”

要么成功，要么归零，这是科研人员不断要面对的问题。半夜的时候，他们终于实现了1000秒的放电，孟令义和同事们心情激动，控制室里的很多人开始起立鼓起掌来。

EAST控制大厅 中国科学院等离子体物理研究所供图

“人造太阳”的广阔前景

“可控核聚变是一个颠覆性的研究。”在孟令义看来，中国是人口大国，也是一个能源不平衡的国家，煤电、光伏往往集中在西部，但用电人口大部分在东部，如果核聚变真正能实现商用，能够改变能源利用形式，满足国内日益增长的电力需求，同时还能降低老百姓的电费。

对于很多人担心的核能利用安全问题，他解释称，核聚变和核裂变是不同的，核聚变的原理是氢弹的原理，一旦发生危险，比如有一个炮弹打过来，装置内的反应会迅速停止。而原子弹是链式反应，一旦开始就很难停下来。

“核原料氘是没有辐射的，氘来自大海，氚也是通过氘和锂反应产生的，核聚变电站是非常安全的，对人体无害。”孟令义补充道。

作为面向国家重大需求的前沿颠覆性的技术，孟令义认为，聚变反应不会排放二氧化碳，如果实现了可控核聚变，主要用核聚变来供电，会对环境更友好。

他还指出，相比其他发电方式，核聚变发电的经济性更好，源源不断的能源能够降低我们的电费价格，“就像我们院士说的那样，希望核聚变发的电是‘白菜价’，让老百姓都能用得起。”