萬物生长靠太阳。今天支撑人类社会运转的几乎一切能源,从煤、石油、天然气,到风能、生物能,其本质都是太阳能,而太阳上的能量来自其内部的核聚变反应。那有没有可能让人类首次在地球生物进化史上,永久性地获得取之不尽,用之不竭的能源呢?答案是有,并且已经曙光初现了,这个曙光,就是核聚变,俗称“人造小太阳”。
核聚变被视为人类解决能源问题的终极方案,因其技术难度之高,技术集成之复杂,所牵涉到的各类学科之深奥,堪称目前人类正在研究的最顶级的几项技术之一。与其旗鼓相当的也只有人工智能、量子计算机等梦幻级的技术。像海水淡化、星际飞船这类工程,过去因耗能太大而令人们犹豫不决,而未来在可控核聚变能的支持下,都将得到更快发展。
然而,理想很美好,但实现起来并不容易。在地球上利用核聚变能,要求在人工控制条件下等离子体的离子温度达到1亿摄氏度以上。在地球上,没有任何材料可以把1亿度高温的等离子体给直接包裹起来。不过这个问题难不倒科学家,他们“无招胜有招”,想出了用强磁场作“容器”来禁锢高温核聚变燃料的办法。但具体用什么装置来实现,还要继续探索。从20世纪50年代开始,英、美、苏等国科学家前赴后继,采用快箍缩、磁镜、仿星器等不同的技术路线竞相推进研究开发。竞争延续到了20世纪60年代,最终由苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起,效果惊人,国际聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克。
当世界的可控核聚变研究如火如荼时,中国“人造小太阳”的建设也没有掉队。中国核聚变研究史上的重要里程碑,当属1984年中国环流器一号(HL-1)的建成。这是中国核聚变领域的第一座大科学装置,它为中国自主设计、建造、运行“人造小太阳”培养了大批人才,积累了丰富经验。从此,中国磁约束聚变一步步从无到有,从小到大,从弱到强。1995年,中国第一个超导托卡马克装置HT-7在合肥建成;2002年,中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号A(HL-2A);2006年,世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环(EAST)首次等离子体放电成功……近期,我国自主设计的核聚变实验装置东方超环取得重大突破,在1亿度超高温度下运行了近10秒。
如果能较长时间维持1亿度的高温,那人类距离解决核聚变商业化应用真的就不远了。面对可控核聚变这座人类能源的“圣杯”,我们究竟何时才能真正将之接引到人间呢?