冬季取暖污染如何破？科學家“種太陽”創造無限清潔能源
出品：中國科普博覽 SELF格致論道講壇
據中國之聲《全國新聞聯播》報導，今年的《政府工作報告》中提出，堅決打好藍天保衛戰。環保部部長陳吉甯近日在十二屆全國人大五次會議記者會上表示，
其實，科學家已經開始了核能的研究，其中比較有亮點的就是承載著人類能源希望的“人造太陽”托卡馬克。它像太陽一樣可以產生無窮、永久的清潔能源，是人類能源的終極夢想。為此，中科院SELF講壇聯合墨子沙龍曾邀請中國工程院李建剛院士進行深度解讀。
李建剛
中國工程院院士,中科院等離子體物理研究所研究員,中國科技大學教授,
中國磁約束聚變專家委員會召集人,《plasma science & technology》主編
人造太陽：受控的核聚變裝置
什麼是人造太陽？托卡馬克又是什麼？
李建剛院士做了這樣一個類比：電影《鋼鐵俠》裡，鋼鐵俠胸前可發巨大光束的離子發射器其實就是一個人造太陽。
由於仿造原理是太陽內部的熱核聚變反應，所以稱之為“人造太陽”。當把裝置內的氣體加熱到上億度之後，它會發生巨變進而產生巨大的能量。而這種受控的核聚變裝置叫托卡馬克（Tokamak），
可大規模生產的無限量清潔能源
人造太陽有上億度的溫度，若要把它裝進普通的容器裡，在頃刻之間就能煙消雲散。於是科學家想到一個辦法——用磁的方法將這團上億度的等離子體火球懸浮起來，在不與容器周邊的材料接觸的條件下，
然而，現實操作卻異常複雜。
首先，懸浮起這團等離子體的火球不是普通的磁場，而是比地球南北極的磁場還要高兩萬倍以上的一個巨大磁場。
有了磁場還不夠，還要考慮懸浮所需的燃料。好在，這種燃料並不難獲得。李建剛院士指出，這種燃料是氫的同位素——氘和氚，它們在海水裡含量大，資源無限豐富。而且聚變之後的產物就是能源中子和氦氣，
關於聚變電站的原理，李院士說，首先得有一個類似籠子的磁體外殼（磁籠子），把它形成一個等離子體，用超高溫物體使它加熱到上億度，從而能產生氦和中子。中子跑到包層材料中使它加熱，加熱之後通過水使它轉換成蒸汽，通過蒸汽發電。
造出一個太陽？難難難，難於上青天！
科學家們遇到的第一個難點是超導。為了可以長久的、穩定發生聚變反應，就要實現電阻為零，要實現電阻為零，必須進行超導。什麼是超導？就是把上億度的磁籠子懸浮在-269度的這樣一個圓環裡面。
第二個難點是，一旦聚變發生，會產生強烈的衝擊波，即使被懸浮起來，它同樣與周邊材料有強相互作用。所以對可控範圍和時間要求務必精確到零點幾毫米零點幾毫秒以下，否則一旦偏心，什麼都將付之一炬。
解決第一個難點，首先需要用線圈使它懸浮起來，控制它處於中心位置不偏離。其次，裝置內要保持真空減少能量損失，內部一共有5層真空，類似一個超大的保溫爐，這樣才能實現一億度和-269度的結合。
解決第二個難點的思路是從材料上下手。在聚變裝置裡面，彙集了當今世界的各種極致技術，而採用的材料，也是世界上最硬的一種合金——鎢合金。在上億度的空間裡既要懸浮起來，還要同時防止衝擊波，難度可見一斑。
30年孤島苦鑽研為什麼中國一定要做？
東方超環
李建剛院士感歎道，從能源的需求上來說，中國比任何一個國家都更加需要能源。雖然我們沒有發達國家那麼雄厚的資金和研究基礎，但幾任國家領導人都堅持我們必須做下去。
李建剛院士最早接觸到這個項目的時候，國內經濟不像現在這樣景氣，即使在全球範圍內，從事這個研究的人也很少，但在10年間，李建剛院士和他的團隊還是突破了諸多難點，創造了幾秒鐘幾百萬度等離子體放電的紀錄。
在九五大工程時，“人造太陽”這個提議在國內100多個提議中勝出。“人造太陽”計畫要率先在全世界實現一個全超導的托卡馬克——東方超環。保證它能穩定持久的進行放電，中心溫度比太陽內部還要高五到六倍。雖然在當時，這個計畫還只是驗證了實驗的可行性。
只有實驗可行性明顯是不夠的。1985年冷戰時期，雷根和戈巴契夫共同提議要在地球上建一個人造太陽，這個提議是要驗證聚變的工程可行性。經過談判，一共有七方參加，歐盟出資45%，中國、日本、美國、韓國、印度各出資9%，總耗資100億歐元。這是中國當時參加的最大的一個國際合作項目。
通過這個專案，現在國內的企業發展得非常好，在西安擁有了全世界技術最先進，規模最大，產量最高的超導公司，一年生產150噸線圈短樣，可用於滿足航母起落架的需求。在山西，太鋼鋼鐵集團現在能年產15000噸的耐強輻射不銹鋼材料。雖然現在離聚變實現還有一段距離，但通過國際合作，中間過程的這些技術都能很好地應用於國民經濟當中。
未來中國的聚變到底怎麼做？60年內實現商用
李建剛院士表示，希望在十年之後建造中國自己的工程堆來演示發電，在50年到60年間能夠商用化。目前已經有了初步的聚變堆設計圖，它外表看起來像一隻大鵬，象徵著人類追求聚變的夢想，也象徵著中華民族騰飛的夢想。經過今後二三十年的努力，這個中國製造的人造太陽將會冉冉升起。
李建剛院士提起，自己在上大學的時候便擁有這樣一個夢想，那就是在他有生之年造出一個人造太陽。
“美國、歐洲、日本，他們都是發達國家，它們被過去文明的光芒所照耀，但這個世界上還有很多地方是黑暗沉寂的。作為一個中國人，我希望人造太陽最好而且必須建在中國，不僅為我們國家提供長期發展的能源，還要照亮世界上其他沒有被文明照亮的地方！”
登陸“SELF格致論道”官方網站獲取更多資訊（http://self.org.cn/）。更多合作與SELF工作組self@cnic.cn聯繫。
用超高溫物體使它加熱到上億度，從而能產生氦和中子。中子跑到包層材料中使它加熱，加熱之後通過水使它轉換成蒸汽，通過蒸汽發電。造出一個太陽？難難難，難於上青天！
科學家們遇到的第一個難點是超導。為了可以長久的、穩定發生聚變反應，就要實現電阻為零，要實現電阻為零，必須進行超導。什麼是超導？就是把上億度的磁籠子懸浮在-269度的這樣一個圓環裡面。
第二個難點是，一旦聚變發生，會產生強烈的衝擊波，即使被懸浮起來，它同樣與周邊材料有強相互作用。所以對可控範圍和時間要求務必精確到零點幾毫米零點幾毫秒以下，否則一旦偏心，什麼都將付之一炬。
解決第一個難點，首先需要用線圈使它懸浮起來，控制它處於中心位置不偏離。其次，裝置內要保持真空減少能量損失，內部一共有5層真空，類似一個超大的保溫爐，這樣才能實現一億度和-269度的結合。
解決第二個難點的思路是從材料上下手。在聚變裝置裡面，彙集了當今世界的各種極致技術，而採用的材料，也是世界上最硬的一種合金——鎢合金。在上億度的空間裡既要懸浮起來，還要同時防止衝擊波，難度可見一斑。
30年孤島苦鑽研為什麼中國一定要做？
東方超環
李建剛院士感歎道，從能源的需求上來說，中國比任何一個國家都更加需要能源。雖然我們沒有發達國家那麼雄厚的資金和研究基礎，但幾任國家領導人都堅持我們必須做下去。
李建剛院士最早接觸到這個項目的時候，國內經濟不像現在這樣景氣，即使在全球範圍內，從事這個研究的人也很少，但在10年間，李建剛院士和他的團隊還是突破了諸多難點，創造了幾秒鐘幾百萬度等離子體放電的紀錄。
在九五大工程時，“人造太陽”這個提議在國內100多個提議中勝出。“人造太陽”計畫要率先在全世界實現一個全超導的托卡馬克——東方超環。保證它能穩定持久的進行放電，中心溫度比太陽內部還要高五到六倍。雖然在當時，這個計畫還只是驗證了實驗的可行性。
只有實驗可行性明顯是不夠的。1985年冷戰時期，雷根和戈巴契夫共同提議要在地球上建一個人造太陽，這個提議是要驗證聚變的工程可行性。經過談判，一共有七方參加，歐盟出資45%，中國、日本、美國、韓國、印度各出資9%，總耗資100億歐元。這是中國當時參加的最大的一個國際合作項目。
通過這個專案，現在國內的企業發展得非常好，在西安擁有了全世界技術最先進，規模最大，產量最高的超導公司，一年生產150噸線圈短樣，可用於滿足航母起落架的需求。在山西，太鋼鋼鐵集團現在能年產15000噸的耐強輻射不銹鋼材料。雖然現在離聚變實現還有一段距離，但通過國際合作，中間過程的這些技術都能很好地應用於國民經濟當中。
未來中國的聚變到底怎麼做？60年內實現商用
李建剛院士表示，希望在十年之後建造中國自己的工程堆來演示發電，在50年到60年間能夠商用化。目前已經有了初步的聚變堆設計圖，它外表看起來像一隻大鵬，象徵著人類追求聚變的夢想，也象徵著中華民族騰飛的夢想。經過今後二三十年的努力，這個中國製造的人造太陽將會冉冉升起。
李建剛院士提起，自己在上大學的時候便擁有這樣一個夢想，那就是在他有生之年造出一個人造太陽。
“美國、歐洲、日本，他們都是發達國家，它們被過去文明的光芒所照耀，但這個世界上還有很多地方是黑暗沉寂的。作為一個中國人，我希望人造太陽最好而且必須建在中國，不僅為我們國家提供長期發展的能源，還要照亮世界上其他沒有被文明照亮的地方！”
登陸“SELF格致論道”官方網站獲取更多資訊（http://self.org.cn/）。更多合作與SELF工作組self@cnic.cn聯繫。