【云展览 微科普】4、人造太阳的奥秘
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云展览 微科普
走进中国科学院创新成果展
（四）人造太阳的奥秘
万物生长靠太阳
光合作用为生物生存
提供了重要的物质和能量来源
如果我们未来能够拥有
一颗人造太阳
就能推进清洁能源的发展进程
为人类可持续发展贡献力量
本期的云展览 微科普系列专题
为您解读未来先进核能
全超导托卡马克大科学装置
让我们一同领略
人造太阳的奥秘
未来先进核能——人造太阳
（全屏观看效果更佳）
太阳发光的秘密
自古以来，太阳一直是人们顶礼膜拜的对象。有了太阳，地球才有了万物生长的繁茂昌盛。每当我们抬头看向太阳，那一轮炫目的光芒是那么的耀眼，也让我们不禁想问：太阳如此温暖闪耀，它的能量究竟是从哪儿来的？
其实，在太阳灼热的内核中，不断发生着一种超高产能的反应，即氢核聚变反应。氢原子核通过聚变反应生成氦原子核，同时释放出巨大的核聚变能。这是太阳在几十亿年间一直能够发光发热的原因。然而，太阳并不是每个地方都在发生这种核聚变反应。这是因为要产生这种核聚变反应，需要同时具备足够高的温度和密度。科学家们经过计算研究发现，只有当太阳内部的温度达到700万度以上时，才能开始有大量的氢原子核参加聚变反应。事实上，在太阳的日核区，温度高达1500万度左右，在这种高温下，氢原子核可以通过持续的核聚变反应源源不断地释放能量。
什么是“人造太阳”？
在了解到太阳发光发热的秘密之后，人类萌生出一个大胆的想法，地球上有很多氢元素，如果把它们聚集在一起，并维持太阳那么高的温度，是不是就能造出一个太阳呢？
经过科学家的研究发现，由核聚变反应不仅产生的能量巨大，而且反应过程非常安全环保，同时核聚变的原料在地球上也非常丰富，可以供人类使用数十亿年，真的是一种非常理想的未来能源。一旦人类实现了核聚变反应发电，可以彻底解决我们目前面临的能源短缺及环境污染问题。于是，科学家们就开始进行了可控核聚变反应研究，这样的研究项目我们称之为“人造太阳”项目。
“人造太阳”如何造？
太阳核心温度高达1500万度，同时具有非常高的密度，所以核聚变可以自然发生。然而要想在地球上实现可控核聚变反应，反应温度则需要达到1亿度以上。在这么高的温度条件下，用任何材料制成的容器都会熔化。也就是说，即使能够引起核聚变反应，也没有任何容器能够容纳这么高的温度。这是人造太阳首先要解决的难题。
经过科学家们的努力探索，终于在实验室里找到解决方案。他们用无形的磁场塑造出一个形似甜甜圈的环形磁容器，并通过磁场对带电粒子力的作用将高温物质“盛装”在环形磁容器中。这种环形磁容器有个古怪的名字——托卡马克（Tokamak）。从20世纪50年代苏联科学家建起第一个托卡马克装置开始，到今天，人类已经建造起了上百座大大小小的托卡马克装置。为了更快地实现聚变反应目标，世界各国的科学家们还团结起来，在法国一个名叫“卡达拉舍”的地方，共同建造了一个名叫“国际热核聚变实验堆（ITER）”的大型托卡马克。
“人造太阳”的未来
尽管ITER的建设对于聚变研究来说已经是一次质的飞跃，但ITER终究是一座实验堆，距离商用聚变发电站还有相当多的工程技术难题悬而未决。在这样的背景下，很多国家相继提出建造聚变示范堆（DEMO）的计划，以解决上述工程技术问题。中国的科学家也由此提出了建造中国聚变工程试验堆（CFETR）的计划。
人类的“人造太阳”项目任务虽然艰巨，但是全球人类共同努力，一定能够梦想成真。地球上如果有了人造太阳，就再也不用担心煤炭、石油耗尽，也无需发愁环境污染、温室气体导致地球冰川融化等问题。希望这一天尽快到来，让我们把清洁的地球留给子孙后代，为他们创造能源富足、生活美好的未来。
EAST人造太阳装置
EAST是由我国自行设计研制的全超导核聚变实验装置，也是全世界第一台全超导托卡马克装置。EAST的名字来自四个英文单词的首字母，分别是：
实验“Experimental”
先进“Advanced”
超导“Superconducting”
托卡马克“Tokamak”
由于EAST在英语中是 “东方”的意思，因此该装置的中文名称被命名为“东方超环”，预示着在不远的将来，一颗“人造太阳”将会从世界东方冉冉升起。
EAST人造太阳装置位于安徽合肥的科学岛上，在它上面同时集成了上亿度的“超高温”、零下269度的“超低温”、上万安培（约为家用插线盒最大载流的上千倍）的超大电流、3.5特斯拉（约为地球磁场的10万倍）的“超强磁场”、低达10-6帕（约为大气压的一千亿分之一）的“超高真空”等极限环境，是目前世界上最先进的核聚变研究平台。
EAST全超导核聚变实验装置
图片来源
中国科学院等离子体物理研究所
特别感谢
中国科学院等离子体物理研究所
张素贞高级工程师
提供以上内容
鸣谢
中国科学院重大科技任务局
中国科学院等离子体物理研究所
文章来源：“院史天地”公众号
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