导语：煤、石油、天然气，这些人类赖以生存的不可再生能源，终有一天将被耗尽，人类社会会停止发展吗？答案是否定的，因为存在这样一种大科学装置，未来只需200公斤的重水和锂就能支撑上海一年的用电量！这不是科幻，这是承载着人类能源希望的“人造太阳”托卡马克。它像太阳一样产生无穷、永久的清洁能源，为此，中科院SELF讲坛联合墨子沙龙邀请到中国工程院李建刚院士进行深度解读。
李建刚，中国工程院院士，中科院等离子体物理研究所研究员，中国科技大学教授，中国磁约束聚变专家委员会召集人，《plasma science & technology》主编，长期从事聚变研究，在超导托卡马克工程系统的设计、关键技术、建设、集成、科研等方面取得了多项重大成果。
什么是人造太阳？托卡马克又是什么？
李建刚院士做了这样一个类比：电影《钢铁侠》里，钢铁侠胸前可发巨大光束的离子发射器其实就是一个人造太阳。由于仿造原理是太阳内部的热核聚变反应，所以称之为“人造太阳”。当把装置内的气体加热到上亿度之后，它会发生巨变进而产生巨大的能量。而这种受控的核聚变装置叫托卡马克（Tokamak），名字来源于环形（Toroidal）、真空室（Kamera）、磁(Magnet)、线圈(Kotushka)。
人造太阳有上亿度的温度，若要把它装进普通的容器里，在顷刻之间就能烟消云散。于是科学家想到一个办法——用磁的方法将这团上亿度的等离子体火球悬浮起来，在不与容器周边的材料接触的条件下，进行加热、控制，进而成为“太阳”。然而，现实操作却异常复杂。首先，悬浮起这团等离子体的火球不是普通的磁场，而是比地球南北极的磁场还要高两万倍以上的一个巨大磁场。有了磁场还不够，还要考虑悬浮所需的燃料。
好在，这种燃料并不难获得。李建刚院士指出，这种燃料是氢的同位素——氘和氚，它们在海水里含量大，资源无限丰富。而且聚变之后的产物就是能源中子和氦气，完全不含其他高放的废料。从这个角度来说，人造太阳作为资源来说是无限的而且绝对清洁，是可以大规模生产的。
关于聚变电站的原理，李院士说，首先得有一个类似笼子的磁体外壳（磁笼子），把它形成一个等离子体，用超高温物体使它加热到上亿度，从而能产生氦和中子。中子跑到包层材料中使它加热，加热之后通过水使它转换成蒸汽，通过蒸汽发电。
过去50年，聚变的发展虽然不如计算机一样家喻户晓，但成绩还是非常可观。尤其是在一些发达国家，例如欧洲、美国和日本，他们在一些大装置上都同时实现了可控的核聚变。
其实在很多年前，中国也开始做核聚变，托卡马克最早是苏联人的发明，在90年代初期，中国用价值400万人民币的羽绒服、瓷器和上好的家具在他们手里换来了1800万卢布的托卡马克装置。我们花了一年半的时间把它全部拆掉，又花了两年的时间把它装起来，在这上面做了大量的实验，成绩很不错，在其他国家聚变反应时间只能维持2、3秒钟的时候，我们的装置能多维持60秒钟。
科学家们遇到的第一个难点是超导。为了可以长久的、稳定发生聚变反应，就要实现电阻为零，要实现电阻为零，必须进行超导。什么是超导？就是把上亿度的磁笼子悬浮在-269度的这样一个圆环里面。第二个难点是，一旦聚变发生，会产生强烈的冲击波，即使被悬浮起来，它同样与周边材料有强相互作用。所以对可控范围和时间要求务必精确到零点几毫米零点几毫秒以下，否则一旦偏心，什么都将付之一炬。
李建刚院士感叹道，从能源的需求上来说，中国比任何一个国家都更加需要能源。虽然我们没有发达国家那么雄厚的资金和研究基础，但几任国家领导人都坚持我们必须做下去。李建刚院士最早接触到这个项目的时候，国内经济不像现在这样景气，即使在全球范围内，从事这个研究的人也很少，但在10年间，李建刚院士和他的团队还是突破了诸多难点，创造了几秒钟几百万度等离子体放电的纪录。
聚变到底什么时候能实现？李建刚院士表示，希望在十年之后建造中国自己的工程堆来演示发电，在50年到60年间能够商用化。目前已经有了初步的聚变堆设计图，它外表看起来像一只大鹏，象征着人类追求聚变的梦想，也象征着中华民族腾飞的梦想。经过今后二三十年的努力，这个中国制造的人造太阳将会冉冉升起。