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。
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大家好，我是来自合肥的李建刚。
刚刚放了一个短片，说什么是人造太阳，尤其是拗口的托卡马克，大家有多少听得懂的？听不懂的举手我看看。绝大多数都听不懂！
实际上大家都知道太阳，但什么是人造太阳？我今天给大家好好讲一下。
---人造太阳 受控的核聚变装置---
你们肯定看过钢铁侠，钢铁侠里面有一张图可以看到，这个就是我们人造太阳叫托卡马克，像一个磁线圈一样。如果你把气体加热到上亿度以后，它就会发生聚变，可以像太阳一样能够发出巨大的能量
这是科幻电影里面的一张图，如果把它放在现实版的话，可以看到在中国有两个人造太阳，一个在合肥，另外一个在成都，分别叫合肥超环和中国的环流器1号。
太阳为我们人类产生了很多光和热，万物生长靠太阳。我们实现聚变，一个不可控就是氢弹。氢弹不能轻易的爆炸，要用原子弹去把它点一下，点到上亿度以后才有可能发生爆炸。
---为什么要人造一个太阳？---
怎么能够实现人造太阳？你想想上亿度的温度，要把它装到任何容器上面顷刻之间烟销云灭。科学家就想了一个办法，我把一团火球——上亿度的等离子体，如果用磁的方法把它悬浮起来，跟周边的任何容器材料不接触，这个时候就可以把它加热、控制，进而实现太阳。长的模样就像你们吃的甜圈圈。
现实中我们用这些非常复杂的仪器，把上亿度的东西放在中间，这样就可以持续地加热，讲讲很容易但是非常难。
你可以看出来，我们首先需要巨大的磁场，这个磁场要比我们地球南北级的磁场高两万倍以上，磁场越强越容易收得住。之所以人类没有遭到来自太阳风这种粒子的损害，主要就是靠磁场把这种带电粒子无形之间屏蔽起来。
我们现在要做的，就是再产生比地球高上万倍的磁场，让这团气体悬浮起来。用的燃料是什么？是海水里面氢的同位素，叫氘和氚，海水里面的氘有多少呢？可以为我们人类一千个电站使用上百亿年，也就是说资源是无限的。一杯水里面产生的氘和氚，如果用爱因斯坦的公式计算的话也就是E=mc2 ,相当于300公升汽油。我开车从合肥过来（到上海）再回去，还用不完这个汽油。
它的好处在哪里？首先它没有这种高放的废料，大家知道我们现在用的裂变电站都是化石燃料，尤其是235，238，一旦发生事故，有长达上百万年的放射性废料。
聚变的产物是什么？聚变就是一个能源中子和氦气。氦气是非常清洁的，当年习总书记到我们当地参观时就问：为什么说聚变是固有的安全性？那个时候是刚刚发生了福岛核事故一个月。
我说发生事故的概率非常小，只有同时碰到地震和海啸才有可能，或许上万年才会出现一次。但现实中最有可能发生的不是这个，是恐怖分子——有可能恐怖分子开个飞机什么的就把你炸了，聚变电站不怕，你炸好了，你炸了以后我可以在两分钟内走到现场。因为它（聚变）的产物就是氦气，只要一停机就没有了。
总结一下，它作为资源来讲是无限的，同时又是清洁的，所以长期以来被人类或者科学家认为是未来人类终极能源之一，可以大规模生产。未来可能有20%的可再生能源，但最大规模的一块，80%一定是靠聚变来维持。
---这个太阳怎么造？---
大家可以看到，一个一百万千瓦的电站，上海大约一年只需要两个这样的电站。聚变电站需要多少东西呢?一年一个电站只需要一百公斤的重水和锂,如果要是换成煤电站的话,一个一百万千瓦电站需要50万吨煤,要是核电站的话30吨。100公斤跟50万吨那是什么区别？
这就是我们聚变电站的原理。你首先要有这个磁笼子，用它形成一个等离子体，用非常高的温度把它加热到上亿度，加热到上亿度以后就产生氦和中子，这个中子就跑到包层材料里面把这个加热，加热以后，我们通过水把它转换成蒸汽，通过蒸汽把电给发出去。这就是一个简单的聚变发电原理，讲讲容易实际上做起来还是非常之困难
我们人类在这个方向一共做了50年，实际上我们进展还是挺大。我们知道，计算机1.8年它的CPU的速度翻一倍。我们的发展速度基本上做到跟它一样快，甚至比它快两个月，差不多16～17个月左右的时间，综合参数也能够翻一倍。
聚变最大的问题是离实现还很遥远，没有像计算机这样家喻户晓。但可以说，聚变在过去50年中已经发展得非常非常快了。几个代表性的成就是在一些发达国家。像美国、欧洲和日本，他们在一些大装置上面都同时实现了可控的核聚变。什么叫可控的？就是跟人没有关系。科学嘛就是可重复，就是我做也行，陈老师去做也行，潘老师去做也行，都是同样的结果，跟你是什么仪器也没有关系。只要是一样的仪器，美国的人造太阳、欧洲的人造太阳还有日本的人造太阳，结果都是一样的可重复，这就是我们做的科学。
我们做到了输出的能量比上输入的能量等于1.25，就是说已经有了净的输入。这是什么意思呢？就是说从科学上已经验证了这种事儿是可行的，但是工程上可不可行还不知道。
因为我们产生的这个磁笼子是用常规铜线做的，它消耗了大量的能量。怎么才能不消耗能量呢？如果把温度降下来使电阻等于0，一旦电阻等于0的话，这个消耗的能量顷刻之间就降到0，那么我们就非常容易地拿到了聚变能量。
还是说起来容易做起来难。我们国家很多年前就开始做聚变。我刚才说了，这个托卡马克不是中国人的发明，最早是苏联人的发明。苏联人在1990年代初期，大概1989年的时候，他们把一套马克装置有意地送给中国，我们当时的所长说“这是一个很好的机会”——因为当时我们毕竟啥都不会——就用400万人民币的羽绒、瓷器、好的中国家具，换来了1800万卢布的这么一个装置。
当时这个装置还是比较好的。为什么？因为在那个时候一个卢布相当于3.6美元，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，应该说还是不错吧。因为其他国家都只能做几秒钟（高温），我们在这个装置上面最多能做60秒钟，60秒钟一千万度的时候就获得了全国的十大新闻。
但是这个还不行，还不能够做到所有线圈的电阻都等于0，这时候我们就要做超导。什么叫超导呢？就是你要把上亿度的磁笼子这一团火球，悬浮在-269 的这么一个圈子里面。你可以想想看，等于说我们有两个极端，一个温度在108以上——一亿度以上，另一个温度虽然没有刚才陈老师的那个冷，但是它也是非常冷的，4K，也就是零下269 ，这个还是非常难。
第二个，一旦发生聚变的时候——大家都看过氢弹爆炸，只要它发生爆炸的时候，（就有）强烈的冲击波，它跟周边(就是你悬浮起来也不行)材料也是强相互作用，你的控制要非常之精确，精确到零点几个毫米和零点几个毫秒以下，否则的话只要一偏心，碰什么烧什么。
所以你看这件事真是难，难于上青天。为什么?因为美国人在60年代已经上了天、登了月,但是美国人到现在也没有做出这么一个真正能够发电的人造太阳,就是因为特别难。
从对能源的需求来讲，中国比对任何一个国家都需要能源。尽管我们很穷，但是我们几任国家领导人都觉得这件事中国人一定要做。所以在90年代初我们就提出这个想法，在全世界率先做一个全超导的托卡马克叫东方超环，能够长时间的，不是几秒钟、一百秒、一千秒、一万秒钟、一天、两天、几个月……做到上亿度，比太阳心部的温度还要高五六倍！
这是我们当年提的。这就是在九五的大工程，在国内一百多个提议中间终于胜出，然后我们开始做这么一个装置。做这个装置第一要解决的是怎么样去解决上亿度和零下269度的矛盾。江泽民同志到我们所去的时候，他也问了这么一个问题。
（解决）上亿度和零下269度，很多技术必须要用在一起。首先，真正的上亿度要用磁场把它悬浮起来。最高温度的东西，要把它悬浮起来，就是这个超导，全部是线圈。悬浮在中间以后，等离子这一块，有个火球——蜘蛛侠那个球，它要到处跑的，温度越高越要到处跑，你可以看到太阳，因为温度高，所以今天的太阳黑子来了，明天那个又来了——所以跑得过程中间，一定要想办法控制住，控制它一定要待在中间，不能够上下跑，悬浮在中间。不乱跑的情况下，才不会把材料烧坏掉。
除此之外，大家都知道能量的损失靠传导、对流和辐射。我们用的最小辐射损失，就是把它全部用真空。在这里我用五层真空，就是最大的保温炉、保温杯，每一层把它抽成真空，实现了一亿度和零下269度这么一种结合。
应该说做这件事也是不容易的，全世界没有人做，所有的东西都是我们自己做，当时国内的经济不像现在这么好，当时万元熙院士带领我们整个团队做了整整十年，突破了很多难点，终于在2006年得到了等离子体。这个量的话，（大概）几百万度，也只有几秒钟时间。
但是我刚才说了，我们实现的目标，不能够只是几百万度几秒钟，我们想做得更长。难度在哪里？材料！做聚变，几乎都要用到当今地球上所有材料、所有技术的极致。比如说，我们采取的材料就是最硬的一种合金——钨合金。在这个空间里，我们要加上上亿的温度让它悬起来，同时还要防止有冲击波，只要有冲击波的强放射，就要赶快把它拿走、抽走。这里面用的大抽速是零下269度的低温棒。
应该说很多的技术，我不在这儿一一说。
---中国聚变之路 ---
现在我们这个装置长成这个样子。多大呢？整个舞台这么大，看上去颜值还是挺高的——别想着我们科学家都是一群傻大粗，我们这些钢铁的东西堆在一起也可以很美丽。有了这些东西以后，全世界就觉得我们应该去做一个更大的事情，就是验证工程的可行性。
大约在1985年，里根和戈尔巴乔夫——尽管是冷战的时候，他们也谈了一件事情，象征着人类美好前景的一件事——说我们在地球上建一个人造太阳，这个人造太阳是50万千瓦，就跟现在的发电站差不多。
经过谈判，一共有七方参加，欧盟占最大一块45%，其他的六方，中国、日本、美国、韩国、印度各占9%，出资100亿欧元，要在法国Cadarache（卡达拉舍），就是离前两天发生恐怖袭击不到150公里的地方，建世界上第一个真正意义上的人造太阳，叫国际热核聚变实验堆ITER，要运行20年，需要能够在大规模的、几十万千瓦的基础上运行很长的时间。这个就是要验证聚变的工程可行性，刚才的东方超环只是验证实验的可行性。
到底规模有没有这么大，有这么大的规模以后行不行？这里面牵扯到特别多的技术。这是中国参加的最大的一个国际合作项目。我刚才说了价钱是100亿欧元，中国9%，也是9亿欧元，也是很大的一个数字。
它里面首先要形成这个磁笼，一共有18段，像一个橘子瓣的东西，这是个什么概念，波音747重量370吨，这一个线圈它大约也是在360吨左右，价钱真是差不多。什么叫差不多呢？波音747是2.6亿美元，这个大概是2.8亿欧元。
我们国家在参加ITER之前，我们生产短样。绕这么一个线圈，里面要将近十万米导线 150吨，我们国家在参加这个国际合作之前，四十年之间只产生了36公斤短样，短样就这么长一点，全部的家当全部加在一起才这么一点。
我们通过ITER，国内的企业发展得非常好，已经形成了全世界最先进的技术，规模最大、产量最大。西安的西北有色金属研究院，西部超导公司，它现在可以一年就生产150吨。除此之外，国内的核磁共振的、GE的所有线几乎超过一半都是它在供应。我们国家航母的歼15的起落架，大家都知道飞机落地的一刹那冲击力非常大，所以对材料的要求非常之高，用ITER上面的材料终于解决了航母的起落架的问题，这是一个例子。
第二个例子，刚才说的上亿度的东西，第一层屏蔽我们把它叫核导，长成这个样子，像多脚的怪兽一样。它是多重？如果说在一百年前造的埃菲尔铁塔是7300吨，那这个是8000吨，这个材料比那种材料要难得多，它首先要降到零下269度，就是极低温，同时它要耐强辐射，这是一种特殊的不锈钢。我们国家在参加ITER之前，从来没有生产过，参加ITER之后，通过跟国际合作，山西太钢通过几年的工作，现在可以年产15000吨，得到了很大的发展。
可以看出，通过国际合作，尽管聚变能离我们还是很遥远，但是中间产生的过程和技术都能够非常好的用在国民经济上。
---未来中国的聚变到底怎么做？60年内实现商用---
未来中国的聚变到底怎么做，相信你们在座的几乎每一个人都要问我，跟三任总书记问我的同一个问题：咱们的聚变到底什么时候才能实现？
我们现在正在做这种实验装置，正在参加ITER，但是希望十年以后建造中国自己的工程堆，才能够验证发电。有了这个东西以后，在50年到60年之间能够商用化，整个发展的路线，就像这张图上面所显示的，基本上就是这么一个时间尺度，这是我们设计的中国工程聚变堆，这个堆里面有一个主机装置。整个堆跟这个大厅差不多吧，体积也就是这么大，这个设计的寓意，象征展翅腾飞的大鹏，象征着人类追求聚变的梦想，象征我们中华民族腾飞的梦想。
经过二三十年的努力，这一次真正的人造太阳 会冉冉升起，对中国来讲——我觉得大家都知道，我们对聚变的需求比任何一个国家都急迫，特别是像中国这样高速发展的发展中国家。
我本人做30年了，从1982年到了这个岛上——我在合肥的一座岛上，叫董铺岛，一个非常非常偏僻的岛上，一做34年。但是有一件事情我还是非常有幸，作为一个中国的科学家，我有幸的都见过这些领导，每一任领导都到过我们现场，给了我们很高的鼓励，包括俄罗斯的总理，他们都说过同样一句话，就是说中国需要能源，中国一定要在人类实现这种聚变路上，起到不可取代的作用。
最后一张片子，这是从卫星上拍得一张地球的片子。大家可以看到美国、欧洲、日本都很亮，为什么？因为他们已经是发达国家，已经被过去的文明所照耀，那么还有很多地方是黑的。50年前，人类就有个梦想，希望实现人造太阳。上大学的时候，我也有这个梦想，希望在我的有生之年，能够做这么一个人造太阳，让那些没有被文明所照亮的地方被聚变能所点亮。
第一个聚变电站的话，作为一个中国人，我是希望它最好而且必须要建在中国。
这就是我要给大家说的一些体会！
谢谢大家！
