人造太阳指的是什么？具体对人类有什么益处？

人造太阳指的是什么？具体对人类有什么益处？

人造太阳的作用
人造太阳的用途就是解决能源不足问题。核聚变电站成功运行后，将使人类摆脱对矿物能源的依赖，给人类带来无限清洁的能源，就像太阳给我们的一样。
核聚变的燃料可以从海水中提取，所以人们用不着担心有一天它会用完。而且核聚变反应不会产生温室效应和核废料，相对来说更清洁更安全。

人造太阳就是实现可控核聚变。
换句话说:就是把太阳的能量能为我所用。
你想想你控制了太阳的能量，你说有什么好处呢？
而目前对于人类来说，核聚变的能量几乎是取之不竭用之不尽，而且核聚变又是清洁能源。那么一旦掌控了这种能量为我所用，别的不说。我们以后开车起码可以不用油费了，就算充电，估计电费也会比现在便宜。
要是以后再把核聚变装置小型化，说不定人人都了可以实现太空自驾游了。去个火星月球什么，带上一家子，开个小飞船随时就能出发。爽不爽？要是运气好能遇到外星人，还能聚在一起聊聊八卦，多么惬意！
目前我国的“人造太阳”研究进展到什么地步了呢？

今年5月28日，我国“人造太阳”实现了1.2亿摄氏度101秒等离子体运行，1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，中国人造太阳全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）再次创造新的世界记录。

我国按计划，到本世纪中叶能初步实现建成原型核聚变电站。
当然，这里指的原型核聚变电站并不是已经实现可以商用，而是用来探索核聚变电站的可行性，距离正正的商用还有很长的路要走。

简单来说，关于人造太阳——人类创造出来的可控核聚变，需要高温完成，
原理：核聚变，典例：太阳，优点：理论上无污染的能源生产方式，能源利用率会高很多。
看过复联的话，钢铁侠胸前的方舟反应堆和人造太阳的原理是一样的，都是托卡马克装置，只不过只有钢铁侠能把它所缩那么小。
接下来说正经的了！热核聚变和人造太阳的关系
多年来的热核聚变的研究一直围绕一个主题——就是要实现可控的核聚变反应，造一个人造太阳出来，一劳永逸解决人类的能源之需。
所谓人造太阳，即先进超导托卡马克实验装置也就是国际热核聚变实验堆建设工程，这是当今世界，迄今为止，最大的热核聚变实验项目，旨在地球上模拟太阳的核聚变，利用热核聚变为人类提供源源不断地清洁能源，你得分得清核聚变和核裂变，简单来说，裂，及分裂，是以个变多个；聚，及聚集，是多个变一个。
核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子；核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子，在这个变化过程中，两者都会释放出巨大的能量，但前者释放的能量更大，核聚变能以氘、氚为燃料，具有安全、洁净、资源无线三大优点，是最终解决人类问题的战略新能源，它需要在近亿度高温条件下进行，在裂变反应中，存在一个有趣的现象，中子分裂产生一个电子和一个质子，还有若干中微子，中微子无质量，但有能量，一个中子的质量大于一个质子和电子的总质量，亏损质量以能量形式散出，所以说，虽有质量亏损，但原子核质量守恒，那这些亏损的质量到哪里去了呢，根据爱因斯坦的质能关系公式，E=mc2亏损的质量转换为能量，由于c2是个巨大的系数，很小的质量杰克释放出巨大的能量，科学家正是居于这一点，利用重金属的核裂变制造出了原子弹，利用轻元素的核聚变制造出了氢弹。
为什么人造太阳是核聚变而非核裂变？
裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理。目前最理想的核聚变原料包括氦-3，虽然地球上找不到它，但是在我们举目可及之处却大量存在，比如月球、土星和火星上，氦-3的含量足够人们随心多余地挥霍数十万年，有一种说法认为，在最好的情况下，每升海水中的氘聚变能够放出的能量相当于燃烧300升汽油，如果单纯根据地球上海洋中氘资源总量估计，核聚变能可供人类使用数亿年，甚至数十亿年，因此，有些科学家夸下海口，核聚变能够一劳永逸地解决整个人类的能源问题，核聚变也成为第四次工业革命的主导。

如果人类真的可能造出来个小太阳，把这个小太阳放入发电装制，就是一个小戴森球了，不要说像太阳上百亿年发光，就算能连续发光几百年或千年那也是了不起的事情。对人类来说益处可想而知。可目前人类对太阳的发光机理还没有弄明白，对太阳的构造也只是猜想而已。

“人造太阳”是对可控核聚变发电装置的美好愿望，通常用在夸大的宣传里，动辄许诺“取之不尽、用之不竭的能源”，还可能出现“不产生裂变堆那么多核废料”这样对核电行业毫无好处的歪斜宣传。
现实中，目前的可控核聚变装置无法输出比输入更多的能量，规模也小，连“人造红矮星”都不算，还在改进过程中。ITER 预期在 2035 年左右靠玩文字游戏达到 Q 值 = 10，继续吹嘘“可控核聚变是有可能商用的”。

• Q 值是聚变能产出和输入能量的比值，本来设定是想表达 Q=1 时收支平衡，但现实中无法将装置产生的所有能量收集起来去加热装置里的聚变等离子体、许多搞聚变的人玩弄文字游戏（例如称输出与加热用的输入平衡，其实加热效率约三分之一程度、装置还需要冷却之类，电网的真实输入不止三倍，这所谓输出也经常不是输电而是反应放出的能量、根本无法全部用来发电），一般而言 Q>=5 才能基本实现反应自持。
  
• 目前，世界上还没有一台可控核聚变实验装置实际达到 Q=1。
  
• 对现有可控核聚变装置有兴趣的话，可以先看本文后面的简单介绍，再搜索专业文献来看。
  

要问“对人类有什么益处”，除了本身作为能源，在研究可控核聚变技术的过程中改进的超导技术、强磁体技术、第一壁抗辐照或自修复材料、冷却系统、工业机器人之类可以找到各自的军用·民用功能，培养的人才也可以期待在这之外的成就。
“可控核聚变发电作为能源”并不像一些人以为的那么迫切。随着电池技术和非电池储能技术的发展，风能、太阳能的可用性在上升而成本在下降。可控核聚变发电即使可行，在技术高度发达、成本相当低之前也不一定有和平利用的必要性。2020 年，太阳能电站的发电成本在欧洲多国和中国一些地方已经低于燃煤电站，太阳能和风能的成本和效率在十年内还各有百分之十以上的进步空间。
相对的，可控核聚变发电装置一旦实现小型化、高效率、高可靠性，军事利用的前景非常广阔，你可以期待小型化热核弹、超长续航的技术兵器、喷射超高温等离子体的武器之类粉墨登场。这当然会给人类比现在更强大的破坏力，可以用来迎击飞向地球的小行星、消灭地球上的有害动物什么的——不过，目前人类社会对动物的态度事实上非常克制，不一定会用武器正经地干掉蝗虫群什么的。
核聚变发电、核动力太空载具可以在完全没有可控核聚变技术的情况下使用。热核爆炸可以发电，即核爆锅炉。核爆炸可以推动太空载具。人类将来不用核聚变发电也没关系——如果你所期待的未来不是有限长度的，核聚变只是很短时间内的手段。
核爆炸的和平利用：和平利用核爆炸的几方面实例 这里面有苏联70年代设计的核爆锅炉。
<hr/>现有可控核聚变装置的简单情况：
打算拿来发电的可控核聚变是要长时间操纵不定形的高能等离子体，让装置容忍这种物质的不稳定性并对粒子和能量进行约束，在其物理性质上就很难。目前打算拿来发电的设计可以按约束的方式分成磁约束、惯性约束、混合约束。
磁约束方面，现存的托卡马克装置·球状托卡马克装置为了不损毁自身，聚变等离子体的密度过低，无法长时间维持反应，输出的电力低于输入（输出的总能量大于输入是可以的，但热能和中子的能量并不能完全转换成电力），当不了能源。
很长时间里，托卡马克装置的最高实际效率是 1997 年欧洲联合环形加速器（JET）的输出 16 兆瓦/总输入 24 兆瓦（聚变能增益系数 Q=0.67，但文字游戏为主，实际 Q=0.01 程度），持续不到一秒。日本 JT-60U 用实验数据推算氘-氚聚变的纸面 Q=1.25，吹嘘可以对外输出 30 兆瓦电力，但其没有使用放射性物质氚的能力，并未进行该点火试验——而根据 JET 的经验，实验获得的文字游戏 Q 只会是纸面值的一半左右，真正用于工程的 Q 会低到不能看。
由于托卡马克前途未卜，仿星器又建了一些研究反应堆，其优点是等离子体持续时间可以超过一小时，但结构复杂、设计困难、高速等离子粒子损失大的问题现在解决不了。其余方式的进度更慢。
如果不考虑成本，托卡马克·球状托卡马克乐观估计在当前技术下就能让输出电力等于输入，但那还不算能源：

• 要求装置能够产生足够的热让自己的核反应继续下去，按照目前的实际情况，对磁约束来说需要 Q达到 5~8，对惯性约束来说要求 Q 达到 50~100。
  
• 商用的话，考虑到成本，对磁约束来说可能需要 Q 达到 22 以上，你再考虑到装置本身的土建成本、使用寿命和拆解处理费，可能需要 Q 达到 30 以上。
  

理想的托卡马克装置对温度、真空度、超导、内壁辐射吸收的要求经常超过现代材料科学的能力范围，这方面还需要研究。但一般考虑，让它发出电来并不需要全面满足条件。当然，你要追求长时间安全运转的话，就连支撑超导磁体的材料都是个问题：在工作状态下的受力条件、启动和关机的瞬间的应力变化、出现异常时的受力、辐射造成的材料劣化都可能导致意外。
惯性约束方面，激光聚变、粒子束聚变、重离子聚变更适合不可控核爆，在现代激光器能量效率约 1% 的情况下，无法期待低燃料量时的输出。以美国国家点火装置的直径 2~3mm 的燃料球来讲，商业发电的话每天要打爆 100 万个，每个的价值超过 50 美分就不如烧煤，而且激光器以 1% 的效率打个几百发就需要更换零件，实用设计至少要以 10%~30% 的效率打一亿发。该装置在 2013年进行的点火试验达到了 Q=0.0077，可真高哦。后来，该装置玩弄文字游戏、吹嘘实现点火，看起来是打算继续混下去了。
以上问题在当前技术水平下无法处理。其余方式的进度更慢。不过，这方面的成果已经在核武器设计、民用发动机设计等领域用上了。这方面的难点不是核聚变，而是现在的激光器的性能。
如果你宽容一点，核爆锅炉也视为惯性约束，那技术上其实已经可以做了，阻拦它的是国际局势。
混合约束方面，冲击波磁化靶标核聚变目前还缺乏实验，但有一个 100MW 级反应堆的设计，用液态金属传递冲击波来避免反应堆自毁。其余方式的进度更慢。2019 年 11 月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室进行了一项等离子体线性实验，也是混合约束，目前没发现拿来当核弹以外的好处。
在即将完成的托卡马克装置里，国际热核聚变实验反应堆（ITER）目前已经动工，预计于 2025 年开始等离子体实验，2035 年开始进行全氘-氚聚变实验。它的设计目的曾号称是输出 500 兆瓦/输入 50 兆瓦（文字游戏，实际上热功率约 550 兆瓦能发的电不到 270 兆瓦，输入则是 440 到 450 兆瓦），标称 Q=10，长脉冲持续 400 到 600 秒。ITER 不会接入任何发电设备（大概是避免露馅），人类将用它验证氚增殖并完善中子屏蔽/热转换技术（氘氚聚变反应的大部分能量是以快中子的形式释放，并不容易利用）。在新冠病毒影响下，ITER 的建成时间可能推迟。