磁约束核聚变装置再添一员，“人造太阳”圆梦更近一步

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2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在位于四川成都的核工业西南物理研究院正式建成并实现首次放电。这标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，将为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。HL-2M主要是用来开展高参数、高性能条件下的可控核聚变研究。HL-2M一方面可支撑国际热核聚变实验堆（ITER）计划，为ITER开展预先研究；另一方面也将是我国可控核聚变人才培养的重要平台。HL-2M和ITER是什么？它们是如何实现核聚变的呢？让我们一探究竟。

一、HL-2M和ITER是什么？

中国环流器二号M 装置（HL-2M）由核工业西南物理研究院自主设计建造，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。HL-2M装置用于研究未来聚变堆相关物理及其关键技术，研究高比压、高参数的聚变等离子体物理。

2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在位于四川成都的核工业西南物理研究院正式建成并实现首次放电。这标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，将为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。HL-2M主要是用来开展高参数、高性能条件下的可控核聚变研究。HL-2M一方面可支撑国际热核聚变实验堆（ITER）计划，为ITER开展预先研究；另一方面也将是我国可控核聚变人才培养的重要平台。HL-2M和ITER是什么？它们是如何实现核聚变的呢？让我们一探究竟。

二、HL-2M和ITER是什么？

中国环流器二号M 装置（HL-2M）由核工业西南物理研究院自主设计建造，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。HL-2M装置用于研究未来聚变堆相关物理及其关键技术，研究高比压、高参数的聚变等离子体物理。

早在1952年，人们就以氘氚为核燃料通过氢弹爆炸在地球上实现了聚变核反应。可这种瞬间的猛烈爆炸无法控制，若要将聚变时放出的巨大能量作为人类生活生产的能源，则需对剧烈的聚变核反应加以控制，即受控核聚变。

三、受控核聚变如何实现？

要实现受控热核聚变反应需满足两个苛刻的条件：

（一）极高的温度

两原子核发生聚变反应时，必须克服原子核间的静电势垒，使它们达到原子核内核子与核子之间核力的作用距离，才能形成新的原子核。据实验资料估计，温度达到一亿度以上时，氘核与氚核才能克服静电势垒发生聚变反应。在如此高温下，物质已全部电离，形成高温等离子体，因此开发利用核聚变能源首先必须产生一团温度达上亿度的高温等离子体。

（二）充分的约束

充分的约束，指将高温等离子体维持相对足够长的时间，使聚变反应释放的能量大于产生和加热等离子体本身所需的能量及其在此过程中损失的能量。这样，聚变反应堆无需从外界吸收能量，能够自持进行反应。等离子体约束时间跟密度相关，密度大，单位时间里参加反应的原子核较多，释放的能量也较多，因而需要的约束时间相应较短。反之，约束时间需要较长。

目前比较有希望的两种实现受控聚变的方法分别是磁约束核聚变和惯性约束核聚变。ITER与HL-2M均为托卡马克装置，“托卡马克”型磁场约束法，主要利用大电流所产生的强磁场，把等离子体约束在很小范围内实现核聚变。

实现聚变能商用虽“路漫漫其修远兮”，但随着科研人员的不断求索，HL-2M等其他聚变实验堆陆续建成，ITER目前也已完成约71.1%工作量，计划于2025年获取第一束等离子体，相信有一天，人类将实现和平利用聚变能。

参考资料：

[1] 新一代“人造太阳”开始放电.中国青年报.2020.12.08

[2] 中国环流器二号M装置建成并实现首次放电. 中国核工业集团有限公司.2020.12.07

[3] 中国环流器二号M装置（HL-2M）.核工业西南物理研究院.2018.01.04

[4] ITER十年，中国为国际大科学工程提供“中国智慧”.中国核工业集团有限公司.2017.11.28

[5] 理化所中标ITER国际科技合作项目.中国科学院.2009.11.26

[6] ITER主设备安装拉开序幕.科技日报.2020.05.29

[7] 中国环流器2M装置建成：问鼎人类终极能源.中国核工业集团有限公司.2020.12.07

[8] 热核聚变.中国国际核聚变能源计划执行中心.2018.08.20

[9] 磁约束聚变装置原理.中国科学院等离子体物理研究所.2012.10.26

[10]宋斌斌,冉红,侯吉来,等.HL-2M装置真空室测量基准的建立及尺寸测量[C]// 中国核学会2019年学术年会.0.

[11]国际热核聚变反应实验堆建设.ITER.2020.10.31