極端環境“熔于一爐” 揭秘“人造太陽”的“超強”內核

太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度，為了在地球上造出“人造太陽”，我國科學家將“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強磁場”“超大電流”等極端環境“熔于一爐”。新春前夕，記者走近中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的大科學裝置“內核”，從多項尖端科技的突破中感受我國創新的勃勃脈動。

太陽是地球最大的能量來源，它的表面溫度約6000攝氏度，內核溫度約1500萬攝氏度，像一個熊熊燃燒的大火球，每秒鐘散發出相當于1億億噸煤炭燃燒產生的能量。

“太陽為什么能產生這么大的能量?因為它的內部持續不斷地在發生核聚變反應。”中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所王騰博士說，如果想要在地球上實現可控核聚變反應，造出“人造太陽”，需要實現1億攝氏度的等離子體、1000秒的連續運行時間和1兆安的等離子體電流，這些都是難度巨大的科技挑戰。

高11米、直徑8米、重400多噸，站在有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)面前，記者產生了深深的好奇：這里曾實現了1億攝氏度的20秒等離子體運行，是如何做到的呢?

“EAST像一個圓環形的‘大罐子’，在它的內部，集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強磁場’‘超大電流’等極端環境。”中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤說，能將這些尖端技術“熔于一爐”，充分體現了一個國家的綜合科技實力。

為了實現1億攝氏度高溫，科學家使用了多種加熱手段，其中一種就是微波加熱。“家用微波爐的功率是500瓦左右，而EAST用了4種大功率加熱系統，總功率34兆瓦，相當于家用微波爐的數萬倍。”王騰說，不僅如此，地球上最耐熱的材料也只能承受幾千攝氏度，為了承載上億攝氏度的高溫等離子體，科學家用磁場做成“籠子”，而EAST內部的磁場強度達到地球磁場強度約7萬倍。

為了達到強磁場，“人造太陽”還需要超過12000安培的超大電流，而承載大電流的線圈工作在零下269攝氏度的超低溫度，就在距離1億攝氏度高溫約1米遠的地方，那就需要實現地表大氣壓約一千億分之一強度的“超高真空”以“隔熱”。

這些極端環境，讓“人造太陽”成為一個“超難”的集合體。

“讓1億攝氏度超高溫和零下269攝氏度超低溫近距離共存，這是世界上沒人做過的事情，可以說困難無處不在、天天遇到。”中國工程院院士李建剛介紹，他與團隊在研究“人造太陽”的20年里，至少遇到5萬次失敗的實驗。

“但幸福真的是一點點干出來的!”李建剛說，一年365天，科研人員幾乎天天泡在實驗室，從幾百萬攝氏度到上千萬攝氏度，從三千萬攝氏度、五千萬攝氏度到上億攝氏度，他們獨立發展出60多項關鍵技術，創造出一系列引領國際的技術參數，讓EAST大科學裝置屹立在世界的東方。

一代代科研工作者自立自強、勇攀高峰的精神內核，支撐起中國“人造太陽”的強大內核。

據了解，若要“人造太陽”產生的能源能為人類所用，穩態長脈沖等離子持續放電的時間要達到1000秒以上。“我們的夢想是，點亮世界上第一盞核聚變發電的燈。”展望新的一年，宋云濤說，“攀登高峰，唯有奮斗!”(劉菁、徐海濤、陳諾)