重大突破！欧洲“人造太阳”释放能量创世界纪录

近日，英国卡勒姆聚变能源中心（CCFE）宣布，世界上规模最大的核聚变反应堆——“欧洲联合环状反应堆”（JET），成功在五秒钟的融合爆发中，释放出59兆焦耳（MJ）的能量，是同一设施在25年前创下的纪录的两倍多。这意味着距离使用聚变能源作为未来的可持续能源近了一大步。可控核聚变利用太阳燃烧的原理来释放热量，这类装置通常被称作“人造太阳”，被视为未来能源方式。

试验的成功，被誉为是使聚变成为可行和可持续的低碳能源的“重要里程碑”。

伦敦帝国理工学院核材料领域的温曼博士指出，虽然实验只释放了5秒钟的聚变能量，但这证明了它可以以可持续的方式燃烧。他说：“五秒听起来不算多，但如果你能把它燃烧五秒，想必可以让它保持稳定并燃烧许多分钟、许多小时甚至许多几天，这就是一个像样的聚变发电厂所需要的。”

【核聚变被视为未来能源方式】

“欧洲联合环状反应堆”呈甜甜圈的环形形状，是为了容纳加热至摄氏1亿5千万度的等离子体或高度电离气体而建成，这个温度相比太阳中心热10倍。原子核在此极端的温度下可以融合在一起，形成新元素并释放巨大能量。

这个反应堆主要研究利用氢原子的两种同位素“氘”（元素符号为 D）和“氚”（元素符号为 T）作为燃料，能否结合形成氦气产生聚变。最新研究结果表明是可行的，并为设于法国的“国际热核聚变实验反应堆”（ITER）提供了重要的确认。那是一个更大的聚变项目，计划在2035年开始燃烧氘氚燃料，最终产生的热量将超过将其等离子体保持在高温所需的热量。

若ITER实验成功，欧洲将建造一座示范发电厂，尝试向电网提供聚变能源。聚变能源不会释放温室气体，而且每一公斤聚变燃料所含能量，大约是一公斤煤、石油或天然气的一千万倍，其前景极具吸引力。

【太阳能量来源于核聚变】

对于太阳，我们都有一个问题，为什么太阳能够一直持续稳定的发光发热？它到底是什么原理？

最开始人们认为，整个太阳都是煤，一直在燃烧，但是科学家经过计算发现这个结论是错的。科技家认为，如果太阳是个煤球，它烧不了太长时间，最长燃烧不到1亿年，因为太阳是属于黄矮星，黄矮星的寿命约100亿年，目前太阳的岁数约为45．7亿岁，按这个岁数，太阳早已“熄火”了。

科学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿在1919年拍照日食，1920年，他第一个提出，恒星的能量是来源于核聚变，也就是说，太阳之所以能够发光发热，是由于内部发生核聚变。

1936年，汉斯·阿尔布雷希特·贝特证实了太阳内部在发生核聚变，他计算出，太阳的能源实际上是氢原子经过四个步骤的核聚变反应后最终形成了氦。

【核裂变和核聚变的区别】

核裂变也许我们相对比较熟悉，是核电站的发电原理。核裂变是指较重的原子核分裂成较轻的原子核的过程，

而核聚变刚好相反，核聚变是指较轻的原子核结合成较重的原子核的过程。

核聚变和核裂变都能够释放出巨大的能量。

此外，核裂变的原材料主要是铀235和人工合成的钚239，都来源于矿产资源，在自然界中，铀235的丰富度只有0．7％左右。核电站、核武器都是核裂变的原理。而且核电站还要担心核泄漏和核废料处理的问题。

而核聚变的原材料是氢的同位素、重氢以及氘和氚，是取之不尽、用之不竭的原料，从海水中就可以提取很多聚变材料。1升的海水可以提取大概33毫克的聚变原料，安全清洁。而且，核聚变不会泄漏，就算泄漏也没事，因为核聚变的反应条件比较苛刻，必须在高温、高压、高密度的条件下才会发生核聚变。聚变原料的放射性也很弱，氢的同位素氘和氚是有放射性，但放射性半衰期是12年，20－30年放射性就会消失。核聚变也不会产生雾霾、二氧化碳等污染。

在能量释放方面，1克的铀235经过核裂变后，相当于1．8吨的石油，算是很可观的效率。

而核聚变的能源效率更加高，1克的氢以及氢的同位素，核聚变后相当于8吨的石油，是核裂变的4－5倍。

【如何实现可控核聚变】

目前，核裂变已经实现了，核电站已在全球广泛使用。

而核聚变其实也实现了，是氢弹，但是，氢弹的能量释放无法控制，一下子就爆了。所以，必须实现可控核聚变，才能让核聚变具备商业价值。

要实现可控核聚变，必须要保证5000万甚至1亿摄氏度的高温、高压、高密度的环境。此外，聚变的时间要够长，因为聚变时间长，才能持续的放电，才能有利于解决人类的能源问题。所以，控制核聚变的速率，也是科学家要研究的问题。

【中国的“人造太阳”项目创造了新纪录】

2021年12月30日，我国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（简称“EAST”）创造新纪录，它实现了在7000万摄氏度的高温下，长达1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。

简单来说，EAST这次1056秒的实验，是在前所未有的时间长度上，试验了维持高温等离子体稳定运行的技术，但并没有实现有效的核聚变反应。

中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛接受媒体公开采访时表示，“2021年12月30日的千秒量级等离子体运行再次挑战了世界托卡马克纪录，我们全面验证了未来聚变发电的等离子体控制技术，推动其从基础研究向工程应用迈进了一大步。”

宋云涛认为，“核聚变能源具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点，是人类未来最主要的清洁能源之一，可为实现碳达峰碳中和作出重大贡献。”