“人造太陽(yáng)”：揭秘世界最強(qiáng)磁鐵的驚人磁力 足以將航母吸離地面

太陽(yáng)表面的溫度達(dá)到約5500攝氏度，這一高溫足以瞬間融化人體，甚至能穿透地殼。近年來，有關(guān)我國(guó)正在研制“人造太陽(yáng)”的消息頻傳，其中一項(xiàng)重大突破是我國(guó)的全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置在今年4月12日刷新了世界紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)了403秒高約束模等離子體運(yùn)行。這引起了人們的關(guān)切，擔(dān)心“人造太陽(yáng)”會(huì)否對(duì)地球造成危險(xiǎn)。

“人造太陽(yáng)”計(jì)劃實(shí)際上是指一種能夠產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克裝置，其與太陽(yáng)相關(guān)聯(lián)主要在于核聚變反應(yīng)。太陽(yáng)作為巨大的恒星，通過核聚變反應(yīng)將氫原子核聚合成氦原子核，釋放出巨大的能量和光芒。人造太陽(yáng)的理念基于熱核聚變技術(shù)，通過在地球上構(gòu)建特殊裝置來模擬太陽(yáng)核心的條件，促使氫同位素發(fā)生聚變反應(yīng)。這種反應(yīng)所釋放的能量是目前已知的最高能量密度之一，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的化石燃料和核裂變能，并且是一種清潔能源。

相對(duì)于核裂變，核聚變的優(yōu)勢(shì)在于不會(huì)產(chǎn)生放射性廢物，也不會(huì)排放溫室氣體和有害氣體。然而，實(shí)現(xiàn)利用核聚變能源的關(guān)鍵在于掌握一種可控制的核聚變裝置，即“人造太陽(yáng)”計(jì)劃的初衷。

“人造太陽(yáng)”所面臨的最大挑戰(zhàn)之一是高溫的難題。核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高溫足以瞬間融化設(shè)備材料，因此必須采用磁場(chǎng)來隔離高溫。這就是超導(dǎo)托卡馬克裝置的出現(xiàn)。通過在裝置內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，超導(dǎo)托卡馬克裝置將等離子體束縛在磁場(chǎng)線束中，防止其與裝置壁和其他組件接觸。這樣一來，可以減少能量損失和等離子體與固體材料之間的相互作用。通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的形狀和強(qiáng)度，可以抑制等離子體中的不穩(wěn)定性，減少湍流和能量損失，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的核聚變反應(yīng)。

這也引發(fā)了新的問題。隨著核聚變產(chǎn)生的溫度升高，磁場(chǎng)的強(qiáng)度也需要相應(yīng)增強(qiáng)。然而，傳統(tǒng)的金屬由于電阻存在，難以承受太大的電流，否則就會(huì)因溫度升高而融化。我國(guó)的“人造太陽(yáng)”取得了重大突破，其中超導(dǎo)材料的應(yīng)用是關(guān)鍵。超導(dǎo)材料具有零電阻和完全磁場(chǎng)排斥的特性。當(dāng)這些材料被冷卻到臨界溫度以下時(shí)，電流可以在其中自由流動(dòng)而無電阻，同時(shí)磁場(chǎng)線會(huì)被完全排斥出材料。

超導(dǎo)現(xiàn)象的基礎(chǔ)是由電子之間的庫(kù)侖排斥和與晶格中的正離子相互作用導(dǎo)致的。在超導(dǎo)狀態(tài)下，電子之間的相互作用導(dǎo)致它們形成“庫(kù)侖配對(duì)”，這是由兩個(gè)電子通過共享晶格振動(dòng)（聲子）來相互吸引而形成的穩(wěn)定態(tài)。這種庫(kù)侖配對(duì)通過聲子的交換傳遞電流，而不受散射和電阻的影響，實(shí)現(xiàn)了零電阻。

在科學(xué)研究中，超導(dǎo)材料廣泛用于制造高性能的磁體，如MRI掃描儀、粒子加速器和磁共振實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)也被應(yīng)用于托卡馬克裝置。在這方面，超導(dǎo)磁體可以在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，這對(duì)于控制等離子體和維持等離子體穩(wěn)定性至關(guān)重要。其零電阻特性意味著在低能耗下能夠維持強(qiáng)大的磁場(chǎng)，從而為托卡馬克裝置的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行提供可能。

超導(dǎo)托卡馬克裝置也面臨一些挑戰(zhàn)。超導(dǎo)材料的冷卻需求、穩(wěn)定性和成本等問題需要進(jìn)一步研究和解決。盡管如此，通過國(guó)際合作和科技的不斷進(jìn)步，這些挑戰(zhàn)最終將被克服。

當(dāng)前，我國(guó)參與了由七個(gè)國(guó)家共同發(fā)起的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃，該計(jì)劃已在法國(guó)正式啟動(dòng)。預(yù)計(jì)在未來40年內(nèi)，人類將掌握可控制的核聚變技術(shù)。核聚變能有望在本世紀(jì)內(nèi)取代煤炭、石油等化石能源，從而解決人類面臨的能源問題。通過不懈努力，我們相信“人造太陽(yáng)”計(jì)劃將為人類帶來更清潔、更強(qiáng)大的能源，為可持續(xù)發(fā)展鋪平道路。