“人造太陽(yáng)”是什么？為什么要建造“人造太陽(yáng)”？近日，記者來(lái)到中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院（簡(jiǎn)稱(chēng)“西物院”），與新一代人造太陽(yáng)中國(guó)環(huán)流三號(hào)“面對(duì)面”，探秘大國(guó)重器的“前世今生”。

談及“人造太陽(yáng)”，首先要提到核聚變。所謂核聚變，就是將兩個(gè)輕的原子核形成一個(gè)重的原子核，這一過(guò)程所釋放出的巨大能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前廣泛使用的化石燃料。

“一升海水里面提取出的聚變?nèi)剂想l(fā)生核聚變反應(yīng)所釋放的能量，相當(dāng)于300升汽油產(chǎn)生的能量。100萬(wàn)千瓦電站一年所需要的燃料，大約是200萬(wàn)噸煤炭，如果用核聚變，只需0.6噸氘就足夠了。”核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所106室主任李波向記者介紹。

因核聚變反應(yīng)條件苛刻，可在短時(shí)間內(nèi)立刻終止反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模放射性廢物，所以安全性相當(dāng)高。此外，核聚變過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，對(duì)環(huán)境也十分友好。“可以說(shuō)，核聚變能是人類(lèi)目前認(rèn)識(shí)到的最理想的清潔能源之一。”李波說(shuō)。

事實(shí)上，太陽(yáng)就如同一個(gè)巨大的熱核聚變反應(yīng)裝置，不斷向外輻射能量，向地球輸送能源。李波向記者介紹，科學(xué)家們通過(guò)模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的原理，在地球上建造以探索清潔能源為目的的核聚變裝置，被形象地稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。

幾十年來(lái)，中國(guó)一代又一代科學(xué)家在可控核聚變領(lǐng)域進(jìn)行了持續(xù)而深入的探索。作為我國(guó)最早致力于可控核聚變和等離子體物理研究的專(zhuān)業(yè)科研院所，西物院先后建成了在聚變領(lǐng)域具有里程碑意義的三代重要平臺(tái)，即中國(guó)環(huán)流一號(hào)、中國(guó)環(huán)流二號(hào)和新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”。

據(jù)介紹，中國(guó)環(huán)流一號(hào)裝置于20世紀(jì)80年代建成，是我國(guó)核聚變領(lǐng)域第一個(gè)國(guó)家大科學(xué)工程裝置，目前已經(jīng)退役。近年來(lái)，西物院依托中國(guó)環(huán)流二號(hào)、中國(guó)環(huán)流三號(hào)裝置繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究，取得了諸多成果。

核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所團(tuán)委書(shū)記、“人造太陽(yáng)”博士科普?qǐng)F(tuán)團(tuán)長(zhǎng)鄭雪介紹，中國(guó)環(huán)流二號(hào)裝置于21世紀(jì)初建成，它創(chuàng)造了很多“中國(guó)首次”，為我國(guó)核聚變研究從原理探索到大規(guī)模裝置實(shí)驗(yàn)的跨越式發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖為核工業(yè)西南物理研究院內(nèi)的中國(guó)環(huán)流二號(hào)裝置。劉文文攝

圖為新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”，該裝置是我國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置。劉文文攝

備受矚目的新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”于2020年建成，是目前我國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置。據(jù)介紹，中國(guó)環(huán)流三號(hào)總高8.39米，直徑8米，等離子體離子溫度可達(dá)1.5億度，是太陽(yáng)核心溫度的10倍。

鄭雪稱(chēng)，中國(guó)環(huán)流三號(hào)是一個(gè)正在成長(zhǎng)的“青少年”，已經(jīng)取得不少成績(jī)。2022年10月，環(huán)流三號(hào)裝置等離子體電流突破115萬(wàn)安培，創(chuàng)造了我國(guó)可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄。2023年8月，中國(guó)環(huán)流三號(hào)首次實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，再次刷新我國(guó)磁約束聚變裝置運(yùn)行紀(jì)錄。

除了鼎鼎大名的中國(guó)環(huán)流二號(hào)、中國(guó)環(huán)流三號(hào)，記者還在西物院看到許多“人造太陽(yáng)”的輔助裝置。其中一臺(tái)綠色“大家伙”十分引人矚目，它就是為滿足中國(guó)環(huán)流三號(hào)特定需求而建造的我國(guó)首臺(tái)大型立式脈沖發(fā)電機(jī)組，被譽(yù)為人造太陽(yáng)的新型“充電寶”。

圖為大型立式脈沖發(fā)電機(jī)組，被譽(yù)為人造太陽(yáng)的“充電寶”。劉文文攝

鄭雪告訴記者，人造太陽(yáng)屬于脈沖式運(yùn)行，如果直接從電網(wǎng)取電，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大沖擊。為此，科學(xué)家們建造了立式脈沖發(fā)電機(jī)組，提前把電網(wǎng)的電能儲(chǔ)存在發(fā)電機(jī)組，當(dāng)人造太陽(yáng)需要時(shí)再向其輸送電能，保證其正常運(yùn)行。

中國(guó)環(huán)流二號(hào)、中國(guó)環(huán)流三號(hào)、脈沖發(fā)電機(jī)組……這些國(guó)家大科學(xué)裝置及其輔助設(shè)施，凝聚了新老聚變科學(xué)家們的心血，蘊(yùn)含著許多探索前沿聚變能源的故事。

如今，西物院的可控核聚變研究在一次次試驗(yàn)、一組組數(shù)據(jù)、一個(gè)個(gè)部件中有序推進(jìn)。科學(xué)家們相信，總有一天可以用核聚變能點(diǎn)亮萬(wàn)家燈火。“到那個(gè)時(shí)候，天上飛的、地上跑的都可以使用核聚變能源。”鄭雪說(shuō)。

（記者 劉文文）