武松涛（前排右一）向来宾介绍受控核聚变装置

武松涛（右一）向来宾展示高温超导材料

        现在，国际上“人造太阳”研究非常活跃。作为当今最具代表性的国际大科学合作研究计划之一，它与国际空间站、人类基因组测序等项目一起，吸引了全世界的目光。国际热核聚变实验堆的反应原理与太阳内部的聚变原理一样，所以被形象地称为“人造太阳”。“人造太阳”计划将帮助人类彻底摆脱能源短缺的困境。近日，记者就“人造太阳”的研发进展及远景等问题采访了中科院等离子体所装置总体设计研究室主任武松涛。

        “人造太阳”是指受控核聚变

        武松涛说，太阳之所以能够释放出能量，是因为在太阳上不断进行着核聚变。在地球上，人类也早已实现了核聚变—氢弹爆炸。但氢弹是一种不可控制的武器，会产生毁灭性的后果。“人造太阳”（ITER）的原理就是，把氢弹的爆炸过程用人为手段大大减缓，反应产生的能量被缓慢而稳定地输出，转化为电能，成为一个取之不尽的天然能源库，类似太阳给予人类的光和热。氢弹是非可控非持续的核聚变，这已经实现了。我们现在已投入运行的EAST实验装置及将要建造的ITER核聚变实验堆准确地说应该称为“人造太阳 ”实验装置。
        什么是“人造太阳”？武松涛说，通俗地说，科学家们希望发明一种装置，可以有效地控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定地输出。科学家们把这类装置比喻为“人造太阳”，因为它可以像太阳一样，为人类提供一种无限的、清洁的和安全的能源。
        这个装置就叫“托卡马克”。“托卡马克”是上世纪60年代由前苏联科学家发明的，是“磁线圈圆环室”的俄文缩写，又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈，可用来约束电离子的等离子体。人们本来设想，有了“面包炉”，只需把氘、氚放入炉内加火烤制，把握好火候，能量就应该流出来。但事情并不那么简单。

        无限、清洁和安全的能源

        和传统的核电站相比，“人造太阳”有巨大优势。武松涛说，传统核电站的原理是核裂变，“人造太阳”的原理是核聚变，是指受控核聚变。核聚变反应主要借助氢同位素—氘和氚的聚变。在核聚变反应堆里，氢同位素重氢和超重氢等原子聚合后，变成更重的原子。这和通过分裂而释放能量的核裂变截然不同，人们需要进行许多实验来了解有关反应的特性。
        武松涛说，聚变电站主要有两个方面的优势：第一，燃料上，聚变电站用的是氢元素的同位素氘或者是氚，氘在海水中大量存在，1公升的海水可以提炼约30毫克的氘，这些氘经核聚变产生的能量相当于300公升汽油燃烧所放出的能量。海水中的氘若都用来产生核聚变的能量，足够人类使用数亿年乃至几十亿年，可以说取之不尽、用之不竭。第二，聚变电站比较安全。聚变产生的将是清洁的无污染的能源，不存在长寿命核废料的泄漏危险。核聚变产生物是中子和氦，中子是我们需要的能量所在，氦则是无害的惰性气体。

        “人造太阳”——一个割舍不去的梦

        武松涛说，1985年，处在冷战时期的美、苏两个核超级大国在日内瓦峰会上提出了一个人类历史上前所未有的宏大合作计划—“国际热核聚变实验堆计划”，也就是被称作“伊特尔”（ITER）的人造太阳计划。1988年，该计划正式启动。经过20多年的共同努力，在克服一个又一个重大科研难题的基础上，由中、欧、日、韩、俄、美六方组成的ITER国际组织于2007年10月24日正式成立，后来印度也加入进来。
        在这个国际组织中，每个成员都是平等的。按照章程，我国将承担热核反应堆工程总造价46亿美元的10％，同时分享全部知识产权和科技、商业利益。
        武松涛说，合作的各方都是完全平等的关系，不存在谁领导谁。现在对ITER装置系统的贡献上已经有了分工，每个国家都要贡献建造ITER实验系统的部件和技术，最终运到法国去组装。我国将有10%的贡献率，这10%中的80%以上主要以生产关键零部件的形式送到法国参与组装，其中包括超导技术、大功率电源技术、遥控技术、包层的技术等，另外的部分将以现金方式贡献，大概是5000多万欧元。
        我国研制“人造太阳”经历了一个长期的过程。实际上，自从人们揭开太阳燃烧的秘密以来，就一直希望模仿太阳在地球上实现核聚变，从而为人类提供无尽的能源。50多年过去了，人们只见到了氢弹的爆炸，而没有看到一座核聚变发电站的出现，但它诱人的前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。
        “我国第一台超导托卡马克装置从1990年开始建造，”武松涛说，“中科院等离子体物理所历时3年多才建成，它使中国成为继俄、法、日之后第4个拥有同类实验装置的国家，2006年和2007年两次成功放电。实验中最高电子温度已超过5000万摄氏度，并获得可重复的大于300秒的等离子体放电。”
        我国研制的EAST又称“实验型先进超导托卡马克”，是一台全超导托卡马克装置，是世界上第一个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却壁结构的托卡马克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性，更有利于科学家探索等离子体稳态先进运行模式。这个装置从内到外一共由五层部件构成，最内层的环行磁容器像一个巨大的游泳圈，进入实验状态后，“游泳圈”内部将达到上亿度的高温，这也正是模拟太阳聚变反应的关键部位。
        “EAST在技术上有很大的突破。”武松涛说，“现在的EAST的规模、性能都将远超它的前辈，能使等离子稳定运行的时间达到16分钟以上，获得1亿摄氏度以上的高温，是能让等离子体运行时间最长的‘人造太阳’实验装置。”
虽然“人造太阳”的奇观在实验室中已经出现，但离真正的商业运行还有相当长的距离，“人造太阳”所发出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。根据目前世界各国的研究状况，这一梦想最快有可能在50年后实现。

人造太阳实验装置

        彻底变革世界能源供应格局

        “人造太阳”能给我们带来哪些改变？武松涛说，自然界最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘和氚的聚变，这种反应已经在太阳上持续了50亿年。氘在海水中蕴藏量丰富，多达40万亿吨。从海水中提取氘，使其在上亿摄氏度的高温下与氚产生聚变反应。如前所述，1公升海水里提取的氘，在完全的聚变反应中所释放的能量，相当于燃烧300公升汽油释放的热能，而海水用之不尽，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应物是无放射性污染的氦。因此，核聚变被认为是未来解决世界能源和环境问题最重要的途径之一，这一成果一旦投入商业运行，将彻底变革世界能源供应格局。
        ITER成功运用以后，世界能源的格局将发生很大变化。按照发展中国家来估计，“人造太阳”成熟应用大概需要40年到50年吧。到2050年左右的时候，核聚变可能刚开始应用，不会占多大比例，但是世界能源署的一份报告说，到2100年，核聚变能大概占到世界电力能源的33%，核裂变约占13%，可再生能源约占10%，水能、地热能约占10%。

武松涛简介
    武松涛，1962年生，博士、研究员（教授）、博导。1983年毕业于华中理工大学光学工程系，获学士学位。在中国科学院等离子体物理研究所获核聚变与等离子体物理硕士学位及核能科学与工程博士学位。现任所长助理、所学术委员会委员、装置总体设计研究室主任、中国科学院研究生院教授，并兼任中国制冷学会第一专业委员会委员和安徽省青年科技协会理事，是享受国务院政府津贴的专家。曾分别在德国马普等离子体物理研究院、日本国立核聚变科学研究院和俄罗斯叶夫列莫夫电物理研究院学习和工作过。曾获中国科学院科学技术进步一等奖。