【cn-stem】人造太阳的秘密。

万物生长靠太阳，而太阳的能量之源就是核聚变。具体的核反应就是一个氕和一个氘原子核聚变生产一个氦原子核一个中子以及大量能量。如下图：

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聚变反应需要满足两个条件，高温和高压，在太阳内部压强高达3000亿个大气压，这是由于太阳本身巨大的质量，要在地球上实现这么强大的压力以现在的技术条件并不现实，现在人造太阳也就是可控核聚变的思路一般都是朝高温方向努力。而要在常压下实现核聚变，所需的温度高达1亿摄氏度，而太阳核心的温度仅仅是1500万摄氏度（由于太阳内部的高压，这么高的温度就足够发生聚变反应了。）这么高的温度，任何材料一接触都会瞬间气化，所以现在的可控核聚变都是在一个真空腔室内进行。而参与反应的是高温的等离子体（电子和原子核呈分离状态的物质，是固态，液态，气态之外的一种物质形态）在强大磁场的约束下悬浮在腔室中间，如下图：

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聚变反应炉的能量收集是利用腔室壁上的铅砖块，吸收聚变反应产生出的中子，从而发热加热管道中的热介质，剩下的和普通火力发电厂的工序就是一样的啦。长期被中子轰击的壁砖，会产生损耗，需要定期替换，这也是腔室壁被设计成砖块拼装的原因。
目前可控核聚变装置还不能投入应用的原因是，真空腔室内等离子体流保持稳定的时间很短，产生的能量还不足以抵消维持约束磁场和生产等离子体所消耗的能量。如果能量收入能够大体平衡，将大大加快研发进度。

趣闻：中国的第一台可控核聚变装置是用羽绒服和牛仔裤换来的。

90年代初期，经济濒临崩溃的前苏联，急需日常生活用品的供应，为解燃眉之急，提出用第一代托卡马克装置（一种可控核聚变装置的构型，基本和上文的介绍一致）换取中国生产的日用工业品。而中国在可控核聚变方面的技术积累几乎为零，双方一拍即合。中国用价值500万人民币的羽绒服、牛仔裤和瓷器换回了前苏联的托卡马克装置。并用三年时间拆解，组装，然后将掌握的相关技术用于建造了位于合肥的可控核聚变研究装置EAST,见下图，可见墙壁上的砖块结构：

图片：EAST内部真空腔 来源 作者：Xiang Gao, Yao Yang, Tao Zhang etc CC授权

参考资料

• 羽绒服、牛仔裤从苏联换来了中国第一个"人造太阳" 来源 科技日报
• YouTube频道那個誰SOMEone【新奇科技】：【黑科技】核融合，如何製作人造太陽
• YouTube频道BIH：核聚变发电为什么遥遥无期
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