“人造太陽”：揭秘世界最強磁鐵的驚人磁力 足以將航母吸離地面

太陽表面的溫度達到約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，有關我國正在研制“人造太陽”的消息頻傳，其中一項重大突破是我國的全超導托卡馬克EAST裝置在今年4月12日刷新了世界紀錄，成功實現(xiàn)了403秒高約束模等離子體運行。這引起了人們的關切，擔心“人造太陽”會否對地球造成危險。

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

相對于核裂變，核聚變的優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生放射性廢物，也不會排放溫室氣體和有害氣體。然而，實現(xiàn)利用核聚變能源的關鍵在于掌握一種可控制的核聚變裝置，即“人造太陽”計劃的初衷。

“人造太陽”所面臨的最大挑戰(zhàn)之一是高溫的難題。核聚變反應產(chǎn)生的高溫足以瞬間融化設備材料，因此必須采用磁場來隔離高溫。這就是超導托卡馬克裝置的出現(xiàn)。通過在裝置內(nèi)產(chǎn)生強大磁場，超導托卡馬克裝置將等離子體束縛在磁場線束中，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)磁場的形狀和強度，可以抑制等離子體中的不穩(wěn)定性，減少湍流和能量損失，實現(xiàn)更長時間的核聚變反應。

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

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

在科學研究中，超導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驗裝置，同時也被應用于托卡馬克裝置。在這方面，超導磁體可以在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生強大的磁場，這對于控制等離子體和維持等離子體穩(wěn)定性至關重要。其零電阻特性意味著在低能耗下能夠維持強大的磁場，從而為托卡馬克裝置的長時間運行提供可能。

超導托卡馬克裝置也面臨一些挑戰(zhàn)。超導材料的冷卻需求、穩(wěn)定性和成本等問題需要進一步研究和解決。盡管如此，通過國際合作和科技的不斷進步，這些挑戰(zhàn)最終將被克服。

當前，我國參與了由七個國家共同發(fā)起的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，該計劃已在法國正式啟動。預計在未來40年內(nèi)，人類將掌握可控制的核聚變技術。核聚變能有望在本世紀內(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”計劃將為人類帶來更清潔、更強大的能源，為可持續(xù)發(fā)展鋪平道路。