1.2亿摄氏度下保持101秒，我国打破韩国核聚变创下的世界纪录

5月28日，我国具有“人造太阳”之称的先进超导托卡马克又突破了纪录，在1.2亿摄氏度度下成功运行了101秒，在1.6亿摄氏度度下运行了20秒。

2017年，它在5000万摄氏度下运行了100秒。2018年11月，它在1亿摄氏度下运行了10秒，这在当时是一项世界纪录。不过，韩国超导托卡马克在2020年11月的时候，以1亿摄氏度20秒的成绩抢走了我们的纪录。此次突破，我们又从韩国手中夺回属于我们的纪录。

核聚变的困难

太阳核心每时每刻都在发生核聚变，但是在地球上，失去了强大的引力之后，要维持核聚变变得非常困难。原子核中的质子带正电，如果要把两个质子融合在一起，那么它需要克服两者之间的静电力。一般情况下，这是不能做到的，但是，如果我们将温度提高，使质子的运动速度增快到一定的水平，那么它们就能克服静电力碰撞在一起。

在这极端的温度下，电子和原子核分离，形成了等离子体。它变得非常稀薄，密度大约是我们呼吸的空气的一百万分之一。虽然在高温下离子的运动速度变快，但是稀薄的环境也很难让两个离子碰撞在一起。

另外，保持如此高温也是非常困难的。目前，托卡马克采用磁约束来限制等离子的位置。但是，中子不带电，不受磁场的控制，它会径直地撞向设备的壁板。因此核聚变产生的80%的能量都会被中子所带走，但这些能量也会用来发电。

因此，要实现核聚变的发生，必须满足三个条件：极高的温度、足够的等离子密度以及足够的时间约束。使用现有技术，最容易满足这三个条件的是氢的两个同位素：氘和氚。

虽然有很多轻元素都可以实现核聚变，但是氘和氚的效果是最好的。氘是一种广泛存在于水中且无害的资源，根据数据显示，每立方米海水中就含有33克的氘。氚是一种快速衰变的元素，在自然界中的存量微乎其微。但是，可以使用锂来产生氚。托卡马克设备的壁板有锂包层，当中子撞向锂包层的时候，它们就会相互作用产生氚。

等离子约束与加热

这些高温等离子如果不加以控制，那么它将弥散在整个设备之中，造成设备结构被高温熔化。自20世纪60年代以来，科学家就开始研究约束等离子的方法，而托卡马克一般使用的是磁约束的方法。

在托卡马克设备中，会有不同类型的磁场以微妙的形式组合在一起，形成一个环形磁场。而等离子体会沿着这些磁力线行进，因此它们会被限制在环形空间中，从而避免与设备墙壁接触。

除此之外，变化的磁场还会产生高强度电场。这些电场会激发离子相互碰撞，碰撞的“阻力”产生热量提高反应温度。但是，当温度升高的时候，这种“阻力”会降低，因此温度无法继续升高。使用这种方法加热，等离子体温度并不能超过1亿度，因此必须要有外部加热方法：中性束注入。

在托卡马克外部，有一设备可以将带电的氘离子加速到很高的水平，然后通过另一设备去除电荷，最后再把经过处理后的高能中性粒子注入核心。通过高速碰撞，这些中性粒子的能量会很快传给等离子体，使其温度不断上升。通过这种方法，可以向内部输入百万瓦级别的加热功率，使其温度超过1亿度。


事实上，还有另一种利用高频电磁波的加热方法，它可以将温度提高到1.5亿摄氏度以上。它就像微波炉加热食物一样，把电磁波的能量直接传递给等离子体。