從發現中子以來，我們對於原子能的探索就一直沒有停止過，今天我們就來聊聊將帶來又一次能源革命的“人造太陽”計劃！
我們知道，如果是由鈾、釷、鈈這種放射性的重元素原子核，自身裂解成其他輕元素的原子核，同時釋放出巨大的能量。以鈾元素髮生的核裂變反應為例：235U+1n→137Ba+97Kr+2n。其中元素前面的數字不是“化學計量數”，而是質量數，U為鈾、Ba為鋇、Kr為氪、n為中子。原子彈爆炸的反應就是用1箇中子n，轟擊1個U原子核發生裂變，同時釋放出的2箇中子n再繼續轟擊其他的U原子核……以此類推形成鏈式反應，爆發出驚人的破壞力。稱為核裂變，如原子彈爆炸；
如果是由氫元素這種輕元素的原子核，相互結合成為原子質量更大的較重的原子核，同時釋放出中子，產生巨大的能量。還是以氫彈爆炸的原理為例（高科技都是應用在戰爭上的，這句話真是一點不差）：D+T→He+n。其中D和T分別是氫元素的同位素“氘”和“氚”，He為氦元素，n依舊是中子，則稱為核聚變，如恆星持續發光發熱的能量來源。
對核裂變的運用從原子彈的軍事運用再到核電站的民用，經歷了一個漫長的過程，核裂變雖然能產生巨大的能量，但遠遠比不上核聚變，裂變堆的核燃料蘊藏極為有限，不僅產生強大的輻射，傷害人體，而且遺害千年的廢料也很難處理。核聚變的輻射則少得多，核聚變的燃料可以說是取之不盡，用之不竭。
秦山核電站
另外，地球上的海水中富含核聚變燃料氘和氚，如果每升海水中所蘊含的氘和氚發生完全的聚變反應，能產生相當於300升汽油燃燒時釋放的能量。，根據目前世界能源消耗水平和海水存量，聚變能可供人類使用數億年，甚至數十億年。
氘氚聚變反應
而常見的核裂變反應原料鈾235儲量稀少。然而，雖然科學家利用核聚變原理，靠先爆發一顆核裂變原子彈而產生的高熱，來觸發核聚變起燃器。從而製造出氫彈。但是用原子彈引發核聚變只能引發氫彈爆炸，卻不適用於核聚變發電，因為電廠不需要一次驚人的爆炸力，而需要緩緩釋放的電能。
氫彈爆炸
如何利用核聚變為人工提供無窮無盡的能源，成為人類自發明火（化學能）、電（電能）後實現下一次文明飛躍的關鍵。這是近幾十年來科學家們一直在努力的實現。
這項轟轟烈烈的計劃也被稱為“人造太陽”計劃，除了中國，還包括歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、和、美國一同參與了這項“人造太陽”計劃。可以說“人造太陽”計劃包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。
之所以被稱為“人造太陽計劃，是因為核聚變反應在宇宙中是普遍的現象。在太陽和許多恆星內部，溫度高達100萬攝氏度以上，都在進行著劇烈的核聚變反應。太陽每秒中放出的能量約為3.8×1026焦耳，到達地球的僅約為太陽每秒釋放能量的20億分之一，但對人類卻意義重大，因為我們地球上目前使用的絕大多數能源均來源於太陽。
這其中最為關鍵的就是關於核聚變的“點火”問題，通過激光聚變反應實現“點火”並非新概念，早在1962到1964年間，就由前蘇聯的巴索夫、美國的J.M.Dawson和我國的王淦昌等分別獨立提出用高功率脈衝激光來實現激光聚變。
另外就是需要製造特殊的高溫高壓環境。與核裂變反應不同，核裂變的原子核質量較大，而且本身不穩定，所以只要常溫常壓的環境就能實現裂變反應。
而核聚變不一樣，以大自然最常見的核聚變反應——太陽來說，巨大的質量使其內部形成達2000億個大氣壓的超高壓力，再加上1500萬度的溫度，就可以把氫原子聚變成氦原子。可是換成人類在地球上來實現這個過程的話，由於這個超高壓條件完全無法達到，就只能在高溫上下功夫了，所以需要把溫度提高到上億度才行。
而來自上海交通大學的張傑帶領團隊參與的神光II裝置，利用強激光模擬太陽耀斑中環頂x射線源和重聯噴流，經過7年的嘗試，實現了快點火激光聚變物理方案。在地球上製造“微型太陽 ”，在小實驗室重現“大宇宙”。可以說為中國的”人造太陽“計劃邁出了一大步，而張傑也因此獲得了激光聚變領域的國際最高獎項:愛德華·泰勒獎。
而除了神光II裝置，1億度的高溫需要用什麼材料才可以耐得住1億度的高溫，科學家們又研究出了磁約束裝置，利用強磁場可以約束帶電粒子的特性，讓它們碰不到容器，這樣就不會破壞儀器。電子脫離後，帶正電原子核群以及電子群就整體變成了中性，也就是等離子體。原子核在等離子體內部猛烈運動，互相的碰撞而產生的核聚變就像太陽裡發生的聚變一樣，這種裝置也稱作全超導託卡馬克核聚變實驗裝置。
張傑參與的神光II裝置利用強激光模擬太陽耀斑中環頂x射線源和重聯噴流獲得成功
我們國家在1994年底，等離子體所成功地建成我國第一臺大型超導託卡馬克裝置HT-7，使我國進入超導託卡馬克研究階段，在此基礎上，又研製了EAST--世界上第一個非圓截面全超導託卡馬克正式投入運行。
2018年11月12日，合肥製造“人造太陽”裝置的EAST更是首次完成等離子中心的一億度運行，而去年則成功實現電子溫度超過5000萬度、持續時間達102秒的超高溫長脈衝等離子體放電。這也是截至2016年2月國際託卡馬克實驗裝置上電子溫度達到5000萬度持續時間最長的等離子體放電。
中國的超導裝置是最可能實現可控熱核聚變能應用的途徑之一，目前全球可控核聚變技術進展最快的是我國。2016年我國科學家成功將這個裝置運行60秒時間，此時國外還處於圖紙階段。
不過，實現一億度到可控核聚變，其中還有很長的路要走。而其中還需要解決的問題就是中子輻射，帶電的都會受磁場約束，那麼中子不帶電在磁場裡不受約束怎麼辦？換言之就是說，帶電粒子會受到約束，觸碰不到容易，然而不帶電中子在磁場裡卻不受控制。
高能量的中子碰撞儀器內部，儀器根本受不住，這樣聚變就沒辦法持續太長時間。這也是未來需要解決的問題。
即使我們成功實現核聚變過程可控，而商業利用聚變能又是更高一層的要求。按照科學家的精確語言來描述，必須是輸出能量大於輸入能量，這個比例稱為Q值，自然是越大越好，成本花費越少，獲得能量越多，這筆買賣才是划算的。因為真正有用的可控核聚變必須要考慮投入產出比。
不幸的是，目前各國的核聚變實驗裝置，它們的投入產出比即能量Q值，基本上還在0的水平，並不產生能量，只是做做基礎研究，個別裝置能產生些許能量，但是遠小於輸入的能量，Q還是在0和1之間徘徊，因此人類追求人造太陽的夢想之路是任重道遠的。
科學家對此表現十分樂觀，預測在2070年可以基本完成可控核聚變，進行發電。而到了22世紀，人類可以熟練的通過可控核聚變產生巨大能量，到時候海水可以提供億年的燃料，無成本無限用電也將不再是夢。
核聚變是恆星的能量源，人類如果可以實現核聚變可控，除了可以實現不竭無限的能源，從而保證地球可以更加生態化發展，也標誌著人類對於宇宙的探索又取得了新的進步。
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