《山海经》里记载了夸父追日的故事。虽然夸父奔驰了几千里还是没追上太阳，但他坚持不懈的顽强毅力感动了数华夏儿女。时间流转了千年，如今在安徽肥，项名为"夸父追日"的项目正在开展。既然追不到太阳云浮橱柜台面胶，那就创造个"太阳"吧！
夸父启明
让我们造个太阳吧！
太阳是因为内部不断进行着核聚变反应，才如此明亮。紧凑型聚变能实验装置（BEST，Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak）是燃等离子体物理实验装置，目的是通过可控核聚变技术来获取能源，因此也被称为"人造太阳"。
BEST 项目模型丨编辑部同事拍摄
核聚变的物理原理说起来很简单：将轻原子核（通常是氢的同位素：氘 D 和 氚 T）结成较重的原子核（氦），并释放出惊人的能量，但在实际操作中却困难重重。由于核聚变需要将燃料（等离子体）加热到亿摄氏度以上（这时物质会变成等离子体），地球上没有任何实体材料能经受住这种温，而磁约束托卡马克就是通过磁场约束上亿度温等离子体的聚变装置。
托卡马克的内部是个环形的真空室，类似轮胎的结构，真空室外部是各种形态的线圈。它的原理是利用强磁场构筑个"磁笼子"，让温带电的等离子体悬浮在真空中，不接触容器壁。
托卡马克的磁场丨 wikipedia
"磁笼子"是利用了洛伦兹力才能约束住等离子体的。等离子体是由带正电的原子核和带负电的电子组成的，带电粒子不会横穿磁场线，而是会绕着磁场线做螺旋形运动。磁场就像根"隐形的轨道"，把带电粒子约束在这些轨道上。当科学把磁场线弯成个尾相接的环时，粒子就会在这个环形轨道里永止境地跑下去。
如今上关于核聚变的研究，大多在托卡马克的装置上进行的。BEST 装置采用紧凑场托卡马克技术路线，验证聚变可在真实燃料环境下实现净输出能量，演示核聚变发电。它走在"等离子体物理实验"向"聚变工程验证"跨越的临界点上。在核聚变这个被称为"人类能源终战场"的赛道上，BEST 的出现，标志着已经从作中的"重要参与者"，正式转向了全球技术路线的"定义者"之。
造太阳不易
困难重重
1、"紧凑"的秘密
在托卡马克装置中，有个物理规律：聚变功率与磁场强度的四次成正比，也就是磁场越强，聚变的功率越大。
因此传统托卡马克装置是依靠加大体积来换取能量的。但如果个聚变堆需要造得像座城市那么大云浮橱柜台面胶，它将永远法大规模普及。
如何缩减体积，是核聚变未来探索的经之路。还记得 BEST 的全名吗？紧凑型聚变能实验装置，它的目的是用小的体积追求强的磁场。
为了实现这个目标，科学们把目光锁定到温（HTS）材料上。
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要想约束能量巨大的等离子体，需要的磁场强度（通常是地球磁场的数万倍）。普通铜线如果通过这么大的电流，会因为电阻发热而瞬间熔化。用温材料制造成的磁体（Superconducting Magnets），pvc管道管件胶可以在低温度下电阻消失，这意味着可以通入巨大的电流几乎不产生热量，从而产生较强的稳定磁场。这对于聚变堆的长时间稳态运行至关重要。
有了这些材料的加持，才可以让"磁笼子"造得小、紧固。
2、Q 值的实战
在聚变研究中，Q 值（能量增益因子）是衡量"这买划不划"的对核心指标。
Q
Q=1（盈亏平衡点，Breakeven）：产生的能量刚好等于输入的能量。这在物理学上是个里程碑。
Q≥1：这是 BEST 项目的重要目标。
Q≥10：热核聚变实验堆（ITER）的目标。在这个量，产生的能量足以维持等离子体的自我加热。
Q=∞：理论上的状态。反应旦开始，不再需要外部加热，靠自身产生的热量就能持续反应。
但当 Q 达到 5 甚至时，聚变反应自身产生的粒子（氦核）所携带的能量开始过外部输入的加热能量，就进入了燃等离子体（Burning Plasma）状态。这时候，等离子体会产生复杂的湍流和不稳定，像锅煮沸的粥，而如何不让它"扑锅"（溢出磁约束），也是要解决的问题。
3、氚的循环值的实战
核聚变的燃料是氘和氚。海水中富含大量的氘，但氚在自然界中几乎不存在。如何才能提供充足的核聚变原料，也是科学要解决的难题之。
好在科学们发现，锂是目前已知的、在工程上可行且率的产氚媒介。
由于中子不带电，所以聚变反应产生的能中子是不受"磁笼子"约束的，它们会在真空室里横冲直撞。当能中子轰击到包层的锂之后，会与锂发生反应，产生新的氚。
利用这个原理，科学们希望创造出个可以自给自足的反应堆。聚变产生的中子轰击锂产生氚，生成的氚被提取出来，重新注入回真空室，继续维持聚变，可谓子子孙孙穷尽也。
结语
发展核聚变不仅是项前沿的科学挑战，是我国迈向未来能源自主与实现"双碳"战略的核心底座。掌握了核聚变，等同于掌握了"人造太阳"的火种。只有科技自立自强，才是国的强盛之基、安全之要。
策划制作
来源丨科普综自新华社、央视新闻、核电网
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