在这个油价疯狂上涨的时代，普通人再次深切体会到了能源的重要性。我们都知道，石化能源是一种不可再生能源，它既会对环境造成污染，也始终是有限的，因而人类一直在寻找可以替代石油的清洁能源，用以支持人类的发展。

尽管人类已经能够开发利用风能、水能、太阳能等清洁能源，但它们较多受到地理位置或是天气的影响，不能真正实现“随时随地”发电。

有人提出，如果能利用海水来“发电”，我们不就能拥有“取之不尽”的能源了吗？虽然可能很多人觉得这是异想天开，但现在我国确实在这项技术上取得了突破性进展、创下了世界纪录，也许距离真正实现“海水变清洁能源”那一天已经不远了。

“人造太阳”托起清洁能源的梦想

虽说海水变清洁能源听起来就像是“天方夜谭”，但实际上科学家们已经在这项技术上取得了一定的突破，那就是建造“人造太阳”。

在科幻小说中，“人造太阳”被发射到地球轨道上，绕着地球运转，而在我们的现实生活中，人造太阳无需被发射到太空，而是通过可控核聚变来产生极大的能量，其原理与太阳发出能量的原理十分类似。

太阳主要由71.3%的氢和27%的氦组成，其中心区域温度高达1500万K，在那里，氢聚合成氦的热核反应在持续发生，不断产生巨大的能量并向四周辐射。

现在人类只掌握了可控核裂变——即核电站所使用的技术，以及不可控核聚变——即氢弹，但依然难以长时间维持可控核聚变，也就是说，人类尚未真正掌握可控核聚变技术。

可控核聚变可以用很少的能源释放出巨大的能量，对于人类而言其吸引力是不言而喻的。

而且，也许更重要的是，至少对于目前的人类科技而言，在所有的核聚变反应中，氢的同位素——氘和氚的核聚变反应是比较容易实现的。

氘在海水中的储量极为丰富，1升海水中可以提取出的氘在完全聚变反应中所释放的能量大约相当于300升汽油；而氚则可以在反应堆中通过锂再生，锂在地壳、海水中都大量存在，因此，从某种角度上来说，氘和氚可以说是“无限”的。

此外，因为氘-氚反应所产生的物质氦不具有放射性，聚变过程中仅会产生少量容易处理的放射性物质，聚变反应堆也不会产生污染环境或造成温室效应的气体，可以说可控核聚变可以从根本上解决人类的能源问题。

不过，在制造“人造太阳”的过程中，人类面临着一个巨大的难题，即到底用什么样的容器来承载核聚变“反应堆”？

在一般情况下氘与氚不会产生持续的核聚变，在太阳内部，巨大的重力、极高的温度令等离子体封闭并参与聚变，而在地球上，等离子体只有被加热到1亿摄氏度以上，才能实现可控核聚变。

而目前地球上熔点最高的金属材料钨的熔点为3000多摄氏度，这意味着人类需要寻找一个更加合适的“容器”。

人类从上世纪40年代就开始研究这项技术，在投入了巨额资金和人才之后，直到20世纪70年代苏联科学家发明出“托卡马克”方案。

即利用强磁场将等离子体“包裹”起来，让它们进行螺线运动，并进一步加热等离子体，直到产生核聚变反应，至此，国际核聚变研究终于有了巨大的进展。

用羽绒服“换来”的托卡马克

我国从上世纪50年代起也开始了可控核聚变的研究，到了70年代，我国计划在合肥建造一个大型热核反应实验装置，于是就准备引进当时十分先进的苏联的托卡马克装置。

由于我国经济和工业发展仍较为落后，直到上世纪90年代，我们才用羽绒服、牛仔裤等生活物资从苏联换得了价值1800万卢布的T-7半超导托卡马克装置，并对其进行改装。

1994年，我国首个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置——“合肥超环”研制成功，这是我国首个超导托卡马克装置，也让我国成为了全球第四个拥有超导托卡马克装置的国家。

1998年，我国全超导托卡马克核聚变实验装置“EAST”立项，研究人员希望能够借此对实现聚变堆稳态运行的重大物理问题进行深入的研究，帮助我国尽快掌握可控核聚变技术。

当时，我国工业基础仍旧比较薄弱，全球范围内也没有研制、建造全超导托卡马克装置的经验，一切只能靠我们自己摸索。

在万元熙院士的带领下，EAST团队成功制造出关键部件和设备，项目自研率超过了90%，正是这项研究让我国在可控核聚变方面的许多关键技术达到了国际领先水平，我国也在可控核聚变领域实现了“弯道超车”。

2005年底，EAST建造完成，而且它在2006年的首轮物理实验中就成功获得了高温等离子体，这意味着全球首台全超导托卡马克核聚变实验装置在中国建成，并投入运行，也意味着我国对于清洁能源的研究迈上了一个新的台阶。

在我国科研人员的努力下，EAST的性能不断提升，2010年，EAST成功运行了1兆安等离子体电流、2018年，EAST首次实现了1亿摄氏度等离子体运行。

到了2021年时，EAST又实现了可重复的1.2亿摄氏度运行101秒等离子体运行和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。

接下来的EAST更是不断创造世界纪录，2021年12月30日晚，EAST再次创造了长脉冲高参数等离子体运行1056秒的世界纪录。

这是全球“人造太阳”项目首次突破千秒大关，也意味着我国EAST项目立项以来的三大科学目标都已完成，EAST正在帮助我们向人类清洁能源的终极梦想迈进。

我国的可控核聚变研究并不会就此停止，EAST还将继续为“聚变能的第一盏灯”在中国点亮而努力。而且，除了EAST之外，我国还有一台更大型的“人造太阳”装置。

中国环流器助力核聚变研究跨越式发展

中国环流器研制的开始实际上比引入苏联的T-7要更早一些。

1965年，现在的中核集团核工业西南物理研究院在四川乐山建立，这一研究院的建立加速了我国可控核聚变的研究进程。

1971年时，代号为“451工程”的中国环流器一号被批准在乐山开工建设。

“451工程”代表着“第四个五年计划的第一个项目”，光是从代号我们就能看出中国环流器一号的重要性。

中国环流器一号是我国首个自主设计、自主建造的托卡马克装置，意味着我国的可控核聚变研究已经从理论研究进入了物理实验阶段。

1984年，中国环流器一号建设完成，1985年起，中国环流器一号投入了实验，为我国可控核聚变研究贡献了巨大的力量。

也是在这一年，以美国、苏联为代表的先进科技力量提出了“国际热核聚变实验堆”计划，即ITER计划，这是一个国际合作的可控核聚变研究计划，但出于种种原因，美苏长期将我们排除在该计划外。

直到2001年，ITER成员国希望吸收更多国家参与，我国乘势申请，并于2003年以“平等伙伴”的身份加入了ITER的谈判计划。

经过长期谈判，2007年美国、俄罗斯、欧盟、中国等7个成员国在法国南部开工建设了全球最大的实验性托卡马克反应堆，为推动核聚变发电技术大规模应用变为现实而努力，其中我国承担了ITER装置近10%的采购包。

尽管看起来10%似乎不多，但我国中标项目有许多都是可控核聚变的关键技术，例如核聚变反应的第一壁——即核聚变的“第一道防火墙”，例如被称之为“人造太阳”的心脏的ITER主机安装项目等，可见我国在可控核聚变的研究方面有着世界领先的技术。

在加入计划前，国际可控核聚变研究的舞台上基本上听不到中国的声音，但在我国加入该计划后，越来越多的中国声音走向了世界，也令我国加强了与国际的交流，促进了我国可控核聚变的研究。

不过，也正是由于ITER项目是全球合作的，在各项事务的推进效率上还有所欠缺，因而在参与国际研究的同时，我国也一直没有停止过自主研究可控核聚变项目。

我国现在最大、最先进的磁约束核聚变实验研究装置，正是位于成都的中国环流器二号M装置，这个项目于2009年正式立项，最高核心温度可以达到1.5亿摄氏度，大约是太阳核心温度的10倍之多。

2020年12月4日，中国环流器二号M装置在成都启动，并首次实现放电，这意味着我国的可控核聚变研究再次取得了巨大的进展。

更重要的是，中国环流器二号M装置和ITER装置的“定位”还完全不同，因为ITER装置则是“堆级”规模，是为了进行氘-氚反应实验所用的，而中国环流器二号M装置的任务是为核聚变发电站进行可行性验证，可以说，中国环流器二号M装置已经走在了国际的前列。

中国“人造太阳”有望在10年内提供电力

尽管在可控核聚变研究领域有国际合作的ITER项目，但这一项目已经经过多次拖延，现在专家预计它将在2025年12月进行第一阶段测试，而其总投入也已经从最初预计的100亿欧元提升到了160亿欧元，专家估计，总成本可能会达到200亿欧元之巨。

因而，世界多国都同时在进行自己的可控核聚变研究和相关装置的建设，美国、俄罗斯、英国、日本等国家与我国在这一领域的竞争一度也十分激烈。

曾经，我国被排除在国际可控核聚变研究的大门之外，可现如今，我国专家已经连续10年被国际聚变能大会特邀作主题报告，我国等离子体所的各项研究工作也时常登上这一领域的顶级杂志，越来越多的外国专家开始关注我国的可控核聚变研究，就连ITER总部似乎也在期待着中国的“人造太阳”将人类的梦想变为现实。

媒体报道显示，因为我们有EAST和中国环流器二号，我国已经与全球120多个聚变研究机构建立了合作，每年都有数百专家访问我国，期待与我们展开相关合作。

可以说，我国现在所掌握的可控核聚变技术，已经足以令西方国家感到“眼红”。

不过，也许更令他们“羡慕”的事情还在后面，那就是我国有专家预计，我们自己的“人造太阳”有可能在10年之间内实现供电，这比ITER项目所预估的投入发电时间要早接近10年。

2021年9月，中科院等离子体物理研究所所长宋云涛表示，现在他们的研究已经进入到了“核聚变发电站工程设计”的阶段，如果国家大力支持，他们很有希望在10年内建成一个“示范工程”，真正实现核聚变发电。

核聚变发电，是人类清洁能源利用的终极目标，因为它零排放，对人体和生态没有影响，对资源的影响也比较小，而且，核聚变发电比现在核电站更加安全。

因为现在的核电站是采用核裂变的方式发电的，而核裂变燃料棒本身会发生反应，一旦燃料棒进入超临界状态，就会产生类似于福岛核电站的泄漏事故，对于核电站以及周边的安全造成极为严重的影响。

而基于托卡马克装置的核聚变反应条件则非常苛刻，一旦出现杂质，核聚变将会立刻停止，因而核聚变发电站将是人类更为安全的选择。

尽管可控核聚变领域的国际专家已经提出过较为完善的核聚变电站设计方案，不过各国都还没能真正付诸实践，在这一方面，我国已经又领先一步。

根据宋云涛的介绍，现在我国正在进行的是核聚变堆主机关键系统综合研究设施的建造设计，我们已经掌握了其中关键部件的建造技术，工程设计也已经验收完成，如果一切顺利，在小型示范工程之后，我们将在2060年前实现核聚变电站的广泛应用。

从种种迹象来看，我们离核聚变发电已经很近了，也许在不远的未来，我们就将看到核聚变发电首先点亮中国的千家万户，这也将为我国的碳达峰、碳中和目标贡献重要的力量。