一、什么是“人造太阳”？
1. 人造太阳并非真正意义上的恒星复制，而是指通过人工手段模拟太阳内部的核聚变反应过程，实现能量释放的一种前沿科技装置。其正式名称为“托卡马克”（Tokamak），是一种利用强磁场约束高温等离子体以实现可控核聚变的实验装置。全球最具代表性的项目包括国际热核聚变实验堆（ITER）以及中国的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）。这些装置的目标是验证核聚变作为未来清洁能源的可行性。与传统核电站依赖核裂变不同，人造太阳追求的是清洁、高效、几乎无限的能源供给方式。2023年，EAST实现了超过400秒的高约束模式等离子体运行，创下世界纪录，标志着我国在该领域已处于国际领先地位。
二、可控核聚变的基本原理
2. 核聚变是指两个轻原子核结合成一个较重原子核并释放巨大能量的过程。太阳的能量正是来源于氢核聚变为氦的过程，核心温度高达1500万摄氏度以上。在地球上实现这一过程，需将氢的同位素——氘（Deuterium）和氚（Tritium）加热至超过1亿摄氏度，使其形成等离子态，并在极高温度与压力下发生聚变反应。每克氘氚混合燃料释放的能量相当于燃烧8吨石油。由于如此高温下任何固体材料都无法承受，科学家采用强磁场将等离子体悬浮于真空室中，避免与容器壁接触，这一技术称为磁约束。托卡马克正是基于此原理设计，其环形结构配合超导线圈产生稳定磁场，实现对等离子体的有效控制。此外，惯性约束也是另一种路径，如美国国家点火装置（NIF）使用高能激光压缩燃料靶丸，在极短时间内引发聚变，但目前仍处于实验验证阶段。
三、为何核聚变被视为终极能源？
3. 可控核聚变被广泛认为是人类能源问题的“终极解决方案”，原因在于其具备多项无可比拟的优势。首先，燃料资源极为丰富：氘可从海水中提取，平均每升海水含约30毫克氘，全球海洋储量可供人类使用数百万年；氚虽具放射性且自然界稀少，但可通过锂在反应堆中增殖获得，而锂资源也相对充足。其次，核聚变反应不产生温室气体，碳排放接近零，符合全球碳中和目标。再者，相较于核裂变，聚变反应本质安全——一旦系统失稳，反应会自动停止，不存在熔堆或链式反应失控风险。放射性废物半衰期短，处理难度远低于裂变产物。据国际原子能机构（IAEA）评估，一座商业化聚变电站每年产生的高放废物体积不足裂变电站的十分之一。最后，能量密度极高，一座百万千瓦级聚变电厂每年仅需数百公斤燃料，运输与储存成本极低。
四、当前挑战与未来展望
4. 尽管前景广阔，可控核聚变距离大规模商用仍有关键技术瓶颈待突破。首要难题是实现“能量净增益”（Q>1），即输出能量大于输入能量。2022年，美国NIF首次实现Q≈1.5，但该成果基于激光驱动，难以连续运行。磁约束路线尚未达到持续净增益状态。其次，材料科学面临严峻考验：第一壁材料需承受高能中子辐照、热负荷及等离子体侵蚀，目前候选材料如钨合金和碳化硅复合材料仍在测试中。此外，氚自持循环系统尚未成熟，如何高效回收与再生氚仍是工程难点。尽管如此，全球合作正加速推进。ITER预计2035年启动氘氚实验，目标Q≥10；中国CFETR（中国聚变工程试验堆）计划于2030年代建成，旨在验证聚变发电可行性。多家私营企业如Commonwealth Fusion Systems和Tokamak Energy也在开发紧凑型聚变装置，力争2030年代实现并网发电。随着超导技术、人工智能控制与先进制造的发展，可控核聚变有望在本世纪中叶走进现实。
