科技

跟进热核聚变计划 中国助“人造太阳”发光

这些天,北京的清晨多是大晴天,阳光照在身上,浑身暖暖的。“人类可以制造一个太阳来产生光和热吗?”早在上世纪50年代,一个高中学历的苏联年轻少尉就提出了这个问题。当初这个勇敢的“空想”或将在本世纪中叶变为现实:通过模仿太阳的热核聚变反应,中外科学家们正在建造人类首颗“人造太阳”,它将带来几乎无限的清洁能源。

“人造太阳”计划(国际热核聚变实验堆计划,简称ITER),由欧盟、中国、美国等7大经济体联合打造,耗资50亿美元(1998年价),已历经30余年,预计2019年建成,2050年商用。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。如今,它正稳步推进。

上月底,中国承担生产和设计的首个超大部件——脉冲高压变电站(PPEN)首台主变压器,已运往“人造太阳”设施的建造地法国。随着各类设施逐渐完工,人类离建成首个“人造太阳”的目标越来越近。

_ueditor_page_break_tag_

产生能量可用百亿年

为什么要制造“人造太阳”?这和人类长久以来的能源危机有关。现代以来,随着人口增加、工业发展,人类对煤、石油、天然气等化石能源的消耗速度越来越快,据测算,人类最多还能用两三百年的自然能源,即使核能也只能用数百年。

此外,像煤、石油这些能源的燃烧还会引发温室效应、酸雨等,对环境造成严重破坏;核电站或核能发电厂的能量来源是核裂变(能量产生过程与核聚变相反),所需原料稀有,产生的废料也没法安全处理,还可能产生核泄漏。

不光我们这一代,我们的子孙将从哪里弄这么多能源呢?科学家们带着这个惊恐的问题,把目光投向了核聚变。天空中的太阳就是一个巨大的聚变体,几十亿年为人类提供了光、热。那太阳是怎么做的呢?

简单来说,当两个质量较轻的原子核聚合为一个较重的新原子核时,大量电子和中子能够逃离原子核的束缚,带来巨大能量。在自然界中,最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘(音同刀)和氚(音同川)的聚变。据测算,1千克氢燃料经过聚变反应,至少可以抵得上4千克铀燃料或1000万千克优质煤燃料。

要提取它们,方法也十分简便,成本也很低。我们从海水里舀一升水,其中就含有0.03克氘,它就可以产出300公升汽油这么大的能量。地球上的海水能提取45万亿吨氘,它们都聚变的话,能保证人类上百亿年的能源消耗。

而且核聚变非常干净,因为聚变就是把两个氢核放在一起,当温度到了上亿度以后,它们就会聚合在一起,除了产出能量,其余产出的氦是一种清洁无害的元素。

_ueditor_page_break_tag_

包住一团1亿度火球

要实现核聚变,需要两个氢核互相吸引和碰撞,这需要超高的温度和压力。

对太阳来说,这太容易了。太阳中心的温度高达2000万摄氏度,而且自身重力大,所需高温高压自己就有了,核聚变得以持续发生,从而不断释放能量。但是,要在地球上模拟太阳,需要把温度提升到超过1亿摄氏度,在这样高的温度下,混合了氘、氚的气体原子中带负电的电子和带正电的原子核已完全脱开,各自独立运动。这种完全由自由的带电粒子构成的高温气体被称为“等离子体”。它们的持续碰撞(以下比喻为“火球”)才能产生核聚变反应。

但是,要做到这点,需要解决3个难点:一、用什么方法加热气体?二、在这个超过1亿摄氏度的“火球”面前,任何固体材料都会瞬间灰飞烟灭,那么,如何“盛放”它,并使之不飞散?三、怎样让“火球”一直保持在超过1亿摄氏度?

上世纪50年代,人类利用核聚变原理制造了氢弹,但是,这种核聚变其实是大量聚变燃料挤压在一起,由于物质的惯性产生的,能量瞬间即释放,是不可控的,就像点燃一串鞭炮,其爆炸瞬间就完成了。那么,如何让这种爆炸像在超慢的镜头里那样发生,并变得可控制呢?

苏联科学家们此后开始设想,既然固体材料不行,用磁场把这团上亿摄氏度的“火球”悬浮起来不就行了吗?他们设计了一种名为托卡马克(Tokamak)的环形容器。“托卡马克”这个词在俄语中,来源于制造这个容器所需的环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。通过让混合了氘、氚的气体悬浮在一个像面包圈一样的环中,然后不断加热,等达到了上亿摄氏度以后它就产生核聚变,并输出大部分能量。这就是磁约束,这个磁场,这个环境,就叫托卡马克。

_ueditor_page_break_tag_

有60个足球场那么大

苏联科学家的理论构架堪称完美,实际进程却充满了坎坷和艰难。

1985年,美、苏、欧、日共同启动“人造太阳”计划(简称“ITER”,在拉丁语中,它意为道路,旨在强调其提供安全、和平的能源的可能性),目标是要建造一个可自持燃烧的托卡马克核聚变实验堆。由于美国在1998年退出,该计划大幅修改了原初设计,设计费用达到50亿美元(1998年价)。2003年,中国和美国先后宣布参加该计划,两年后韩国宣布参加,随后,法国和日本开始了激烈的选址大战。终于,在2006年,欧、日、俄、中、美、韩和同年加入的印度草签了建设“人造太阳”计划的国际协定。

需要说明的是,在这50亿美元中,欧盟贡献46%,其余6国各贡献约9%。根据协议,中国贡献中的70%以上由我国制造所约定的托卡马克部件折算,10%由我国派出所需合格人员折算,需支付国际组织的外汇不到20%。

按照设计,“人造太阳”计划的反应堆设施总重量是埃菲尔铁塔的3倍,占地面积有60个足球场加起来那么大。这个反应堆建成后,能够把上亿摄氏度、由氘氚组成的“火球”约束在体积达837立方米的“面包圈”中,产生50万千瓦的聚变功率,持续时间达500秒。50万千瓦热功率已经相当于一个小型热电站的水平。

目前,这个反应堆正在靠近法国南部普罗旺斯地区的艾克斯建造。科学家们要在“面包圈”上面设计16个大型超导环向场线圈,以产生强大的环向磁场。在这个“面包圈”的外面,还分布着各式测量它是否正常工作的系统。除了这些,整个反应堆还需要建造大型的供电系统、原料工厂和相关处理系统。

按计划,这个反应堆将在2019年完成,并在本世纪50年代达到商用水平,目前已经开始采购大型部件。中国今年4月底向法国输出的脉冲高压变电站(PPEN)首台主变压器,就是其中约定的一件。它的主要功能是向磁体功率电源、辅助加热系统功率电源等各类子系统提供所需的脉冲功率。

截至目前,中国科学家已经攻克了采购包任务中遇到的所有技术难关。我国交付“人造太阳”计划的采购包部件实现了100%国产化,而且全部一次性合格,并按期交付。该计划两任总干事对中方的评价是“中国在采购包的研发、生产方面领先于各方”。

尽管有质疑者开玩笑说,这个奇迹永远是“还要再等30年”,但更多人坚信,我们离这样一个清洁且几乎是无限的能源已经很近了。

【责任编辑:张慈】

齐鲁“七星”上岗记:山东千亿工业场景长出百余个行业大模型

从码头排泊到井下巡检,从波峰焊换产到一键炼钢,山东41个工业大类实现大模型全覆盖。10月14日,济南黄河国际会展中心,2026人工智能产业大会开幕首日。作为大会平行论坛之一,“齐鲁制造会客厅”人工智能垂直领域大模型专场活动上,海若、天智、星际、云鼎、星港、尚智、奇智孔明——“齐鲁七星”集中亮相,覆盖高端装备、化工、轻工、冶金、矿山、港口物流等重点领域。这场国家级产业盛

中俄蒙国际科技创新合作中心落户黑龙江

“十五五”将建设联合实验室、研发中心不少于70个。依托哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所等单位,围绕新材料、能源动力、海洋极地、生命健康等领域,与俄罗斯、美国、哈萨克斯坦等31个国家的科研机构合作,启动建设4家“一带一路”联合实验室,建成11家科技部国际科技合作基地、67家省级国际科技合作平台。

“先使用后付费” 黑龙江科技成果转化探新路

今年以来巳落地转化重大科技成果506项,14项牵头成果获2025年度国家科学技术奖。深入实施深化科技成果产业化突破年行动,聚焦科技成果转化堵点,打出政策组合拳,完善全链条支撑体系。截至目前,黑龙江已落地转化重大科技成果506项。张喆表示,黑龙江聚焦扶持科技企

怀柔科学城“十五五”开局:37个设施平台全面运行,千亿资金池托举原始创新

金秋十月,雁栖湖畔,怀柔科学城迎来建设十周年的关键节点。这座面积超过100平方公里的科学之城,正从“建设运行并重”全面转向“注重运行成效”,以“运行为主”的新姿态开启“十五五”新征程。37个设施平台落地,设施密度全球前列怀柔综合性国家科学中心已进入“运行为主”新阶段。截至目前,科学城已落地科技设施37个,其中17个面向全球开放共享,设施密度、建设强度均居

“十五五”黑龙江科技创新五大维度精准发力赋能龙江全面振兴

黑龙江省委宣传部、黑龙江省人民政府新闻办公室主办的“开局起步‘十五五’——奋力谱写中国式现代化黑龙江新篇章”系列主题新闻发布会,介绍黑龙江省“着力推动发展方式从资源驱动为主向创新引领为主转变”的进展成效。黑龙江省科学技术厅党组书记、厅长陈苏作了主旨介绍,全面介绍了黑龙江省科技创新阶段性亮眼成效,并重磅解读“十五五”时期科技改革发展总体部署与重点任务

中共中央 国务院关于发展新质生产力的意见

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻党的二十大和二十届历次全会精神,认真落实四中全会部署,完整准确全面贯彻新发展理念,坚持创新主导、改革为要、因地制宜、先立后破,坚持高技术、高效能、高质量,统筹处理好政府和市场、质态和业态、改革和发展、自主和开放的关系

未来已来,落地为先:2026未来产业创新发展大会亮出雄安答卷

9月29日,以“新质引领·未来已来——共建高质量发展新范式”为主题的2026未来产业创新发展大会在河北雄安新区举行。政商学界代表齐聚这座“未来之城”,围绕未来产业从技术突破走向场景落地、从政策驱动走向商业验证展开深入研讨。大会集中发布三项核心成果,雄安新区则以平台、场景、生态联动的实践,交出一份“未来产业如何落地”的答卷。大会发布的三项成果分别是《未来产

从跟跑到领跑:中国科技创新实现历史性跨越

国家创新指数跃居全球第九,科技强国建设迈出坚实步伐。科技部部长阴和俊在会上介绍,我国科技创新跃上新台阶,科技强国建设迈出坚实步伐,我国正从全球科技参与者、贡献者向开拓者、引领者加速转变,成为创新力上升最快的国家之一。创新指数提升 研发投入创新高据中国科学技术发展战略研究院发布的《国家创新指数报告20

研发人员总量世界第一 中国科技人才“家底”首次全景披露

科技部部长阴和俊在国新办发布会上勾勒教育科技人才一体发展路线图。“全世界规模最大的教育体系”“学科门类最齐全的人才资源”“总量位居世界第一的研发人员队伍”——9月29日下午,科技部部长阴和俊在国新办“开局起步‘十五五’”系列主题新闻发布会上,用三个“最”字,向外界披露了中国科技人才“家底”的全景画像。这场发布会正值“十五五”开局之年,阴和俊的表述传递出一个清晰信号:

高校告别“一把尺子”时代:分类改革重塑中国高等教育新生态

从“金字塔”到“五指山”,三千余所高校将各安其位、各展所长。中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于分类推进高校改革的意见》,对分类推进高校改革作出系统部署,明确提出科学构建高校分类发展体系,确立高校分类框架,构建多赛道、多主体的评价体系。改革为何势在必行?近五千万在校生呼唤“多样化赛道”截至2025年,全国共有高校31

黑龙江加快锻造产业工人“工匠方阵”

到2030年将培育25名大国工匠、500名龙江工匠,技能人才总量达400万人。9月15日,黑龙江省委宣传部在哈尔滨举行“黑龙江省深化产业工人队伍建设改革进展情况”新闻发布会。此次发布会旨在贯彻落实党的二十届三中全会精神,进一步全面深化改革,推进产业工人队伍建设改革。黑龙江省总工会党组书记于志伟发布全省产改五年来阶段性成果并介绍深化改革相关工作。黑龙江省委社会工作部副部长

医保价格立项“关口前移” 高水平医疗创新迎来“无缝衔接”时代

国家医保局试行预立项制度,为新技术新产品铺就从实验室到病床的“高速路”。长期以来,一项医疗新技术从获批上市到进入临床收费,往往面临一段不短的“等待期”。如今,这一局面有望被彻底改变。9月15日,国家医疗保障局印发《关于试行高水平新技术新产品医疗服务价格项目预立项制度的通知》(医保发〔2026〕23号),明确探索建立医疗服务价格项目预立项制度,推动科技创新成果转化运用,促进

从“做大做强”到“做美”:杭州举办AI未来组织发展论坛,探寻AI时代企业组织变革新路径

提出“以心性驾驭技术”核心理念,“未来组织促动者联盟”正式发起。“企业如何成为未来型组织”为主题,由惊蛰书院、长三角(浙江)人工智能研究院、道法智联联合主办,来自学界、企业界、咨询界的百余位代表围绕人工智能浪潮下企业组织变革方向展开深入研讨。区别于一般性AI技术分享活动,论坛聚焦

当AI听懂工业“行话”:2026全球工业互联网大会的沈阳时刻

9月9日,以“智改数转 AI兴工”为主题的2026全球工业互联网大会在沈阳开幕。这场为期三天(9月8日至10日)的行业盛会,吸引了来自全球政商学研企等领域的嘉宾齐聚辽沈大地。当人们还在热议大模型能写诗作画时,这场大会却将焦点对准了一个更本质的问题:AI能否真正听懂工业的“行话”?工信部数据显示,2025年我国工业互联网核心产业规模已超1.6万亿元,具有一定行业影响力的工业互

第二十六届投洽会现场奏响科创强音 厦门科学城“新技术新产品发布会”重磅启幕

9月8日,第二十六届中国(厦门)国际投资贸易洽谈会期间,厦门科学城新技术新产品发布会在厦门国际博览中心举行。14个来自全球的前沿技术成果集中亮相,覆盖未来材料、未来健康、未来信息三大重点领域,以一场思想碰撞与成果共享的饕餮盛宴,奏响科技创新引领产业变革的时代强音。

抢占未来产业制高点 长沙全链条布局量子产业集聚区

加快布局量子产业集聚区,抢占未来产业竞争制高点。汇聚国防科技大学、中南大学、湖南大学、湖南师范大学等高校科研力量,构建了量子传感与精密测量、量子成像与量子材料等多个细分方向的创新网络。

杭钢旧址长出“中国算谷”:一座老工业城的算力逆袭

就在前两天,杭州市拱墅区一口气迎来两个省级平台——浙江省数据集团有限公司揭牌成立,浙江省信通人工智能产业创新研究院揭牌。一个管全省数据“怎么打通、怎么用”,一个专攻AI产业“怎么布局、怎么生态”。两大省级平台落子拱墅,意味着“中国算谷”的棋局从布局阶段正式进入成势阶段——算力有支撑、数据有源头、生态有规划、场景有应用,人工智能的四大要素实现闭环。这座“中国

5个项目狂揽3个一等奖 石家庄“数据要素×”省赛交硬核答卷

随着最后一场路演答辩结束,2026年“数据要素×”大赛河北分赛在邯郸市完成全部赛程,圆满收官。在这场汇聚全省数据创新力量的年度盛事中,石家庄市以5个参赛项目斩获3项一等奖的亮眼成绩,交出了一份含金量十足的答卷。本届河北分赛共吸引2028个项目报名参赛,经各地初赛激烈角逐,最终83支队伍闯入省级决赛,覆盖工业制造、金融服务、现代农业等14个赛道。全

鞍钢突破高钢级大壁厚管线钢技术瓶颈 为国家能源通道建设提供硬核支撑

标志着鞍钢在高钢级、大壁厚管线钢领域取得关键技术突破,为我国重点能源工程建设提供了有力材料保障。L555M是国际长输管道主流用钢,21.4毫米厚规格产品的稳定生产,长期被视作行业技术难题。厚料轧制过程中,中心偏析、晶粒粗化、低温韧性与表面质量兼顾难等问题,一直制约着国产化进程。
返回
顶部