金屬鈹是放在反應(yīng)堆內(nèi)直接面對高溫聚變材料的，如果它和銅合金的貼合不夠緊密，就無法達到隔熱防護的效果。中國科研人員想到了全新的辦法。  
    近日，一則關(guān)于“人造太陽”的消息登上了央視新聞，也刷爆了朋友圈。許多人有疑問，太陽還可以制造？其實，這顆“太陽”是我國在國際熱核聚變項目上的重大突破，由于太陽是我們在自然界目前能看到的最大核聚變體，所以形象地稱為“人造太陽”。那么，這顆“太陽”是如何誕生的呢？
　　核聚變：未來能源問題的希望
　　核聚變是核能的一種重要形式之一，有人甚至說，如果掌握了核聚變技術(shù)，將對人類發(fā)展起到深遠的影響。那這究竟是一種什么樣的能源呢？
　　核能是通過核反應(yīng)從原子核釋放的能量，目前，我們常見的核電站，利用的就是這樣的能量。只不過，目前核電站主要是把比較重的原子分裂成較輕的原子而釋放能量，這個反應(yīng)過程就被稱為核裂變。而正處于研究階段的核聚變，則正好相反。
　　“核聚變是較輕元素的原子聚合在一起，生成較重元素的原子，它同時要釋放出能量。”核工業(yè)西南物理研究院副院長段旭如說。
　　和普通能源相比，核聚變的優(yōu)勢明顯，首先，燃料的來源非常豐富。一升海水里面的氘，如果它全部聚變反應(yīng)的話，產(chǎn)生的能量相當于燃燒300升汽油產(chǎn)生的能量。
　　“人造太陽”項目一旦實現(xiàn)，人類能源枯竭問題將得到改善。只要往設(shè)備中不斷輸入氘和氚，在里面發(fā)生聚變反應(yīng)，它就能源源不斷地釋放出能量，而氘、氚可以從海水中提取，廉價而且數(shù)量豐富。
　　段旭如說，目前還有很多挑戰(zhàn)沒有解決，靠一個國家的實力來攻克，現(xiàn)在還有難度。正因如此，1985年，國際上開始倡議多國共同合作開展受控核聚變反應(yīng)堆的研制工作，這就是后來的ITER項目。
　　中國智慧讓材料承受“太陽”高溫
　　我國從2006年開始正式參與到國際熱核聚變實驗堆的項目，而此次通過認證的反應(yīng)堆核心材料，直接面對高溫聚變物質(zhì)，因而被成為反應(yīng)堆的“第一壁”。
　　ITER的設(shè)計方案要求，第一壁要承受每平米4.7兆瓦的熱量，這幾乎可以瞬間將一公斤的鋼鐵融化。可以說是難度最高的技術(shù)之一。如果這些材料性能不佳，要么就被高溫瞬間融化，要么會讓反應(yīng)堆這座鍋爐熄滅。為此，研制人員想到了一種特殊的結(jié)構(gòu)，把熱量及時地傳走。
　　在核工業(yè)西南物理研究院第一壁生產(chǎn)車間，有一塊看上去像三明治一樣的材料，底下是不銹鋼，中間是銅合金，上面則是特殊的高純度金屬鈹。金屬鈹是放在反應(yīng)堆內(nèi)直接面對高溫聚變材料的，如果它和銅合金的貼合不夠緊密，就無法達到隔熱防護的效果。國外專家試圖用普通焊接的方法解決這個問題，但試驗終告失敗。而中國的科研人員想到了全新的辦法。
　　“把它放在一個真空的包裝套里頭，放在這個熱等靜壓機器設(shè)備里頭，然后灌注氬氣，不斷地給它進行加壓和加溫。材料之間就會在高溫和高壓情況下進行結(jié)合。”核工業(yè)西南物理研究院第一壁生產(chǎn)車間負責(zé)人楊波說。
　　楊波和同事們想到的這個辦法，類似于把材料放到一個高壓鍋里，靠壓力和溫度把兩個材料燒在一起。理論上行得通，但實際做起來，加多少壓、用多高的溫度出來的材料才能完美無瑕，都需要一次次試驗來驗證。一次次的打擊讓研究團隊沮喪失望，但沒有任何人提出過放棄。
　　“我們沒有絕望的時候，只是覺得它肯定有什么地方不對，過程控制好，我們相信絕對會成功。”楊波說。
　　三年的刻苦攻關(guān)，科研人員終于燒制出了完全合格的產(chǎn)品。在國外機構(gòu)的測試中，這套工藝制造出來的材料，經(jīng)歷了7500次的高低溫循環(huán)，甚至在高于考核標準的熱量考驗下都一次通過了測試。這樣的成就，讓楊波和同事們感受到了整個項目合作中的變化。
　　“以前我們跟別人交流，是想看別人到底有什么成功的經(jīng)驗。現(xiàn)在反過來，有很多國外同事向我們打聽，你們是什么地方做得好。”楊波說。
　　不斷突破的中國技術(shù)
　　在參與國際合作共同研制核聚變裝置的同時，我國自主的核聚變研究也在加速推進，并且建成了一批具有國際一流水平的核聚變試驗裝置，例如中國環(huán)流器二號A。
　　核聚變反應(yīng)需要把核燃料加熱到上億度的高度，這個溫度足以把地球上任何的材料瞬間汽化，那么，用什么盛放這些材料就成了問題。科學(xué)家們想到用磁場把這些材料束縛起來，讓它們乖乖地在一個環(huán)形的空間里飛行而不和材料接觸，因此，全新的反應(yīng)堆芯結(jié)構(gòu)就此誕生。
　　中國環(huán)流器二號A，它就相當于是未來的核聚變反應(yīng)堆的一個雛形，而它身上的很多技術(shù)都標志著中國的核聚變研究達到了世界領(lǐng)先的水平。
　　正是有了這樣強大的能力，中國環(huán)流器二號A將我國核聚變試驗裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的溫度大幅提高，并在多個國際核聚變研究的前沿領(lǐng)域得到了大量開創(chuàng)性的成果，而它本身，也是中國參與國際核聚變合作的重要平臺。“通過參加ITER計劃，我們要掌握未來聚變堆怎么設(shè)計，對未來自主建造聚變堆也有很大的促進作用。”段旭如說。本報綜合報道
　　一顆清潔的“太陽”
　　通俗地講，所謂“人造太陽”，是指受控核聚變，是以探索無限而清潔的核聚變能源為目標。不過“人造太陽”完全不同于裂變核電站，它采用的原料是氫和它的同位素氘，這種原料本身就沒有輻射性，雖然聚變過程中等離子體碰撞產(chǎn)生中子是一種輻射，但它是短暫的，一旦放電結(jié)束就不會再產(chǎn)生中子，且放電過程中產(chǎn)生的中子也是可以防護的，通常它們都不能穿過1.5米厚的墻。
　　另一個方面，它的環(huán)境可接受性比較好，因為聚變反應(yīng)，產(chǎn)生的產(chǎn)物是氦，氦本身不具有放射性。另外核聚變反應(yīng)不產(chǎn)生溫室氣體及核廢料。
　　從長遠來看，核能將是繼石油、煤和天然氣之后的主要能源，一旦核聚變電站成功運行，帶給世界的變化將是革命性的。減少石油、煤等化石燃料開采和燃燒帶來的污染，全球變暖、南極冰面萎縮、海岸線增高等一系列現(xiàn)在人類頭疼的問題將會得到改善。它將給人類帶來清潔的能源，就像太陽帶給我們的一樣。