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    一颗新星即将诞生,这是一颗与众不同的星,一颗人造星,人们把它称为'ITER'。ITER是国际热核聚变实验堆的缩写,拉丁语中'路'的意思,ITER将会在未来十年内实现点火。从科学与技术的角度来看,这会是人类史上最伟大的成就之一。人造星的诞生及[...]

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  • 全球有9个股线供应商为ITER磁体系统供货,其中有3家是这个市场的新成员。

    遍布全世界的超导线圈

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核聚变的起源

参观ITER的人们往往会问:究竟是谁发现或创造了核聚变?

从左往右:马克. 奥利芬特 (1901-2000); 莱曼.斯必泽 (1914-1997); 阿瑟.爱丁顿 (1882-1944); 汉斯.贝蒂 (1906-2005); 和欧内斯特.卢瑟福 (1871-1937). (Click to view larger version...)
从左往右:马克. 奥利芬特 (1901-2000); 莱曼.斯必泽 (1914-1997); 阿瑟.爱丁顿 (1882-1944); 汉斯.贝蒂 (1906-2005); 和欧内斯特.卢瑟福 (1871-1937).
这个问题有多种解答。其中最简单明了的答案就是(尽管答案有点令人失望):大自然自己创造了核聚变。宇宙大爆炸的一亿年以后,由无数的原始氢云形成了巨大的气态球体,气态球体超高密度氢气和超高温度的核心,导致了第一次核聚变反应的发生,也由此产生了第一颗恒星。此后一直到今天,仍然有几十亿的恒星不断地诞生出来。

在我们可观测的宇宙范围内,核聚变是物质的最主要形态。以我们所在的太阳系为例,太阳系质量的99.86%都集中在太阳,并且都正处于核聚变的状态中。

20世纪初以前,太阳和星星发光一直是人类无法解释的奇观。直到1920年,英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿(1882-1944)才首次提出,恒星源源不断的能量来自于氢聚变为氦的过程。爱丁顿的这一理论学说被收录在他的第一个出版著作《恒星内部结构》中,该书也奠定了现代理论天体物理学的基础。

爱丁顿提出的这个理论,由另一名从事近代核物理研究的理论物理学家汉斯·贝特(1906-2005)得到证实。汉斯·贝特在1939年提出著名的"质子-质子链反应",也为恒星能量来源这个迷找到了答案。由于在恒星核合成方面的贡献,汉斯·贝特获得了1967年的诺贝尔物理学奖。

早在爱丁顿、贝特和其他学者开始研究恒星之前(科学界的每一个重大发现都不是一个人可以完成的),出生于新西兰的物理学家,1908年度诺贝尔化学奖获得者欧内斯特·卢瑟福(1871-1937)就已经在探索原子的内部结构了,卢瑟福认为原子核可以释放巨大的能量。在1934年一次著名的试验中,卢瑟福实现了氘(氢的同位素,重氢)聚变为氦的反应,并预见到这次试验将会对未来聚变研究产生巨大的影响。就此打开了现代核聚变研究的大门。

1939年Hans Bethe发现的质子质子链是个很复杂的过程,这一现象让类似太阳的星体能够产生能量。在一个聚变反应堆内,氘氚反应产生了同样的效果:轻原子(氢或它的同位素)融合成重原子(氦),同时释放出大量的能量。 (Click to view larger version...)
1939年Hans Bethe发现的质子质子链是个很复杂的过程,这一现象让类似太阳的星体能够产生能量。在一个聚变反应堆内,氘氚反应产生了同样的效果:轻原子(氢或它的同位素)融合成重原子(氦),同时释放出大量的能量。
在早期的核聚变试验中,卢瑟福的助手,出生于澳大利亚的马克·奥利芬特(1901-2000)扮演了至关重要的角色。奥利芬特不仅发现了氚(氢的第二个重同位素),也发现了氦-3,一种载着无中子核聚变美好前景的稀有氦同位素。

二次世界大战爆发之前,人们只是建立了核物理的理论框架。基础科学仍需要进一步的探索,而且花费的时间远比人们预期的要长。尽管如此,当时聚变装置的设计方案已具雏形。

虽然核聚变反应堆的第一个专利是在1946年于英国注册的,但直到1951年核聚变研究才真正开始。当时,阿根廷科学家对外宣称他们已经实现了"受控热核聚变"(后来被证明是一出恶作剧),随后美国、俄罗斯、英国、法国和日本都争相研发属于他们自己的核聚变装置。

1951年5月,在阿根廷闹剧过后仅仅两个月,美国天体物理学家莱曼·斯必泽就提出了仿星器的概念。从五十年代到六十年代,仿星器一直是核聚变能研究的主流装置。直到后来,苏联提出了比仿星器更高效的托卡马克概念,仿星器的研究才被搁置。

此后的事情正如我们所知道的那样,在爱丁顿实现理论突破后还不到一个世纪的时间里,就建立了国际热核聚变实验堆(ITER)计划,该计划旨在向世人证明:太阳和星星核聚变反应产生的能量可以在人造装置中得以实现应用。