科技人员自主研发、加工、制造、组装、调试的EAST装置的关键部件——超导磁体，以及国内最大的2千瓦液氦低温制冷系统，总功率达到数十兆瓦的直流整流电源，国内最大的超导磁体测试设备等重要子系统，全部达到或超过设计要求。与国际同类装置相比，EAST使用资金最少，建设速度最快，投入运行最早，投入运行后最快获得首次等离子体。
我国这个全超导核聚变实验装置，从内到外由5层部件构成，最内层的环行磁容器像一只巨大的“游泳圈”；进入实验状态后，“游泳圈”内部将达到上亿摄氏度高温，这是模拟太阳聚变反应的关键部位。
太阳上的聚变反应是不可控的，为了让这种能量为人类所用，需要将能量释放过程变成一个稳定、持续并且可控制的过程。EAST正是起着这一作用，通过磁力线的作用，氢的同位素等离子体被约束在“游泳圈”式磁场中，发生高密度的碰撞，形成核聚变反应，产生巨大的能量。为人们寻找更洁净、更可靠、更长久的能源带来希望。
核聚变燃料能保证供应吗
核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的东西——氘，也就是重氢。仅仅有氘还是不够的，尽管用两个氘可以产生氘-氘反应，它也是氢核聚变的主要形式，但人类现有条件下，根本无法控制氘-氘反应。它太猛烈了，所需要的温度要高得多，除了在实验室条件下一次性实验外，很难让它链式反应下去——那是氢弹一样的威力。还好，人们发现氘一氚反应的烈度要小得多，它的反应速度仅仅是氘一氘反应的1/100，点火温度反倒低得多，适合人类现有条件下利用。
地球上几乎没有氚，怎么聚变
难题出现了，氚不同于氘，地球上几乎没有，现在人类拥有的氚都是人工制造而非天然提取的。人们通常是用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚——它是地球上最贵的东西之一。1克氚价值超过30万美元。这么贵的原料，显然是无法接受的。幸好，上帝又给人类提供了一种好东西——锂，锂的2种同位素在被中子轰击之后，就会裂变，其产物都是氚和氦。目前为止，人类在重水堆中制造氚，用的就是将锂部件植入反应堆的方法。
其实在核聚变时，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高，正好可以用来轰击锂靶，又产生氚，使反应继续进行。
这下好了，我们只需要在核聚变的反应体内保持一定比例的锂原子核浓度，那么，核聚变产生的中子就会轰击锂核，促使锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚则继续参与氘-氚反应，继而产生新的中子，链式反应形成了。所以，理论上我们只需要给反应堆提供两种原料-氘和锂，就能实现氘-氚反应，并且维持进行。
这两种原料比较容易取得。氘在海水中的含量比较高，通过精馏法取得重水，然后再电解重水，就能得到。锂的资源总量虽然不如氘多，但是更容易取得。一方面，海水中含足够的氯化锂，分离出来即可；另一方面，碳酸锂矿不是稀有资源，更容易获得。
可以想象，到那时，人类所需要的一次性替代能源——核能将是无穷尽的，不会为可持续发展而操心，不会为能源短缺发生军事等冲突，最重要的是不会因为使用化石燃料及其他燃料污染环境。人类将永远解决能源供应问题了。这个美好的梦估计要2050年前后实现。
七、人造太阳永不落
热核聚变原理
“人造太阳”，就是模仿太阳时刻都在发生的核聚变。核聚变就是两个原子核相聚、碰撞，结合成一个新的原子核的过程。氢的两个同位素——氘和氚的原子核聚合在一起，生成一个氦原子核，同时释放一个中子。根据爱因斯坦著名的质能方程式E=mc2质量亏损意味着能量释放——两个氢同位素聚变大约能够释放17.6兆电子伏特的能量。
从上世纪50年代中后期到70年代末，各国对核聚变多途径的研究，完成了“原理性探索”；70年代末，苏联专家制造的托卡马克装置成为磁约束聚变的主流，国际核聚变研究集中到托卡马克装置的研发和实验。美国、欧洲、日本相继建立装置，进行实验。我国由中科院物理所研制出首台装置CT-6。然而，托卡马克建堆需要3个要素：高温度、高密度和足够的能量约束时间。直到上世纪90年代，才逐渐接近或达到这3个要素，核聚变发电的可行性得到证实。
1938年，德国科学家贝特·魏茨泽克推测太阳能源可能来自它的内部氢核聚变成氦核的热核反应，这甚至早于核裂变模型的提出。然而，与能够在室温下进行的裂变不同，聚变发生需要巨大能量。因为当两个带正电的氢原子核靠近的时候，根据“同性相斥”原理，相互间的斥力巨大，将阻碍聚变的发生。
如何克服阻碍
克服核聚变的阻碍，只有两种途径，即强大的引力，或上亿度高温。太阳的质量是1989亿亿亿吨，约为地球质量的33万倍。在强大引力场的作用下，太阳的中心温度达到1500万℃，即使表面温度只有5000℃，也能够支持核聚变持续发生。然而，地球上并不具有这样强大的引力场。因此，要想在地球上实现核聚变，只能依靠上亿度的高温。
这带来新的麻烦，如此高温下，核聚变燃料就成为等离子体。所谓等离子体，是在固体、液体和气体以外的第四态物质形态。在等离子体状态下，物质微粒的运行更难以捉摸。实现可控制的核聚变，必须约束这些“乱跑”的等离子体。那么，怎样在高温下约束等离子体运行？
20世纪40年代末，苏联科学家提出“磁约束”概念，即通过强大的磁场形成封闭的环绕形磁力线，让等离子体沿磁力线运行。磁体通电后会产生巨大磁场，将等离子体揽在怀中做高速螺旋运动，就好像链球运动员一样，虽然球在围着身体高速旋转，控制球的绳子却一直抓在手里。根据这一原理，苏联科学家于1954年制造了第一个“环形磁约束容器”装置——托卡马克。
低温超导磁体显神通
约束这些能量巨大的等离子体，必须有强大的磁场，而强大的磁场需要强大的电流。根据电学原理，常态下材料都有电阻，强大的电流遇到电阻会产生巨大的热量，把磁体烧毁。事实上，以往的核聚变实验装置，大多因为这一过程产生大量热量而只能脉冲运行，并且耗电巨大。怎样避免这一缺陷？
1912年，荷兰物理学家开默林·昂内斯偶然间发现，他的水银样品在低温4.25K左右时电阻消失；接着，他又发现铅、锡等金属也有这样的现象。他将这种现象称为超导电性。这一发现，开辟崭新的物理领域，它可以解决可控核聚变装置中磁体发热问题。
我们知道，常用的超导磁体是由铌钛超导线缠绕而成，它必须浸泡在-270℃度左右的液氦中，才能变成超导体。由于超低温下超导体导线中没有电阻，可以通入极大的电流，产生极大的磁场，导体不会发热。日本40年前研制成的超导磁悬浮列车，就是用这种超导磁体的强大磁场排斥力，使列车浮在轨道上快速前进。这是大型超导磁体应用的第一个范例。但是，由于低温超导体成本太高，以及某些技术环节上的问题，日本磁悬浮列车一直没有投入商业运行。
现在，在超导应用技术中，中国科学家走在前列，不仅完成了北京正负离子对撞机超导磁体改造，而且在中国的人造小太阳装置上成功地应用低温超导技术，为参与国际热核聚变装置研制提供保证。在ITER项目中，超导技术是中国的强项，也是主要贡献之一。在超导技术应用下的磁约束装置，将使“人造太阳”给我们带来稳定、安全、持续的能源。
八、为了能源，空前的国际大合作
“国际热核聚变实验堆”计划
1985年，作为结束冷战的标志性行动之一，苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上倡议，由美、苏、欧、日共同启动“国际热核聚变实验堆”计划。ITER计划的目标，是建造一个可以控制的托卡马克核聚变实验堆，以便对未来聚变示范堆及商用聚变堆的物理和工程问题做深入探索。
最初，该计划仅确定由美、俄、欧、日四方参加，独立于联合国原子能委员会之外，总部分设美、日、欧三处。由于科学和技术条件还不成熟，四方科技人员于1996年提出的ITER初步设计很不合理，要求投资上百亿美元。1998年，美国出于政治原因及国内纷争，以加强基础研究为名，宣布退出ITER计划。欧、日、俄三方则继续坚持合作。2001年，欧、日、俄联合工作组完成ITER装置新的工程设计及主要部件研制，预计建造费用为50亿美元，建造期8～10年，运行期20年。其后，三方分别组织独立的审查，都认为设计合理，基本上可以接受。
2002年，欧、日、俄三方以EDA为基础开始协商ITER计划的国际协议及相应国际组织的建立，并表示欢迎中国与美国参加ITER计划。中国于2003年1月初宣布参加协商，美国在1月末由布什总统宣布重新参加ITER计划，韩国在2005年被接受参加ITER计划协商。以上六方于2005年6月签订协议，一致同意把ITER建在法国核技术研究中心，法国南部城市卡达拉舍市，从而结束了激烈的“选址大战”。印度于2006年加入ITER协商。最终，7个成员国政府于2006年5月25日草签建设ITER协定。
ITER总投资100亿美元
ITER投资总额为100亿美元，欧盟中的法国贡献50%，美、日、俄、中、韩、印各贡献约10%。根据协议，中国贡献中的70%以上由我国制造所约定的ITER部件折算，10%由我国派出所需合格人员折算，需支付国际组织的外汇不到2%。
作为聚变能实验堆，ITER要把上亿度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的“磁笼”中，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒。50万千瓦热功率相当于一座小型热电站的水平。这将是人类第一次在地球上获得持续的、有大量核聚变反应的高温等离子体，产生接近电站规模的受控聚变能。中国的低温强磁场超导技术，将为国际合作提供技术保证。
ITER的建设、运行和实验研究
ITER实验研究是人类发展聚变能的必要一步，有可能直接决定真正聚变示范电站的设计和建设，进而促进商用聚变电站的更快实现。
ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克。其中心是高温氘氚等离子体环，其中存在15兆安的等离子体电流，核聚变反应功率达50万千瓦。包层外是巨大的环形真空室。下侧有偏滤器与真空室相连，可排出废气。真空室位于16个大型超导环向场线圈中。
环向超导磁体将产生5.3特斯拉的环向强磁场，是装置的关键部件之一，价值超过12亿美元。
穿过环的中心是一个巨大的超导线圈筒，在环向场线圈外侧还布有6个大型环向超导线圈，即极向场线圈。中心螺管和极向场线圈的作用是产生等离子体电流，控制等离子体位形。
上述系统整个被罩于一个大的低温保温装置中，坐落于底座上，构成实验堆本体。整个体系还包括供电系统、氚工厂、供水系统、高真空系统、超导磁体及液氦低温系统等。ITER本体内所有可能的调整和维修，都是通过远程控制的机器人或机器手完成。
国际核聚变堆超导磁体由中国承担
1998年等离子体物理研究所EAST工程立项之后，希望独立建造一个全超导的托卡马克装置。当时，外国同行不相信中国用2000万美元能完成这样的任务。国外研究者们曾以“高傲的姿态”谈论中国技术，私下里将中国的计划称为“Paper Work”。2003年中国加入ITER谈判时，国际方面专门派出一流的专家团对中国的核聚变研究能力做评估，参观组装部件和计划之后，评价说，“中国有能力进行超导托卡马克的研究”。
现在中国承担整个任务的12个部分。在96个采购包中，核心部分主要是超导磁体技术、中子屏蔽技术、交直流变流器和高压设备。中国在这些部分都有自己的作为，分别承担：铌钛超导导体69%的项目，全部大型超导校正场磁体，全部超导馈线系统，40%的屏蔽块，以及10%的第一壁材料，62%的变流器和全部高压设备等。我国首次在国际大型合作项目中承担如此多的核心技术研发。中国科学家在高科技领域显露智慧和本领。
我们相信，通过国际社会通力合作，也许不用再等50年，人类将会真正降服核聚变这个“魔鬼”，制造出实用化“人造太阳”，使它在地球上冉冉升起，造福全人类。
