如何看待中国新一代人造太阳装置建成并首次放电？

【重大突破，中国新一代人造太阳装置建成并首次放电】2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。（人民日报） ​​​

在外面没啥时间，挑最简单的说吧。
在群里看到有人在HL-2M第一次放电的现场求婚。
这种浪漫当然是多多益善才好（逃
<hr/>细节明天有空了再补充，想看聚变相关科普可以点这个
鱼昆：为什么实现可控核聚变永远都是「还要五十年」？
<hr/>来补充一下稍微详细一点的介绍。
国内主要是等离子体所（合肥）和中核的西南物理研究院（585，成都）在做大型托卡马克。起步时的小装置如CT-6，HT-6等先不谈，接触到国际先进水平已经是九十年代之后的事情了，此后的合肥和成都的技术路线分别是

• 等离子体所（合肥）
  
  
  
  • 早期装置HT-6M
    
  • 一代先进装置HT-7，前身是苏联在七十年代投入使用的超导托卡马克T-7，在1990年转赠给我国（一说是几车羽绒服换的），在升级改造数年后于1995年投入使用
    
  • 二代先进装置EAST，在HT-7的基础之上设计建造而成，原定名干脆就是HT-7U（U指updated）
    
  
  
• 西南物理研究院（成都）
  
  
  
  • 早期装置HL-1M
    
  • 一代先进装置HL-2A，前身是德国的装置ASDEX，2002年投入使用，早EAST一年
    
  • 二代先进装置HL-2M，刚刚放电。
    
  
  

到这里技术路线大概就可以理清楚了。回过头看看感觉这种粗暴的划分方式其实挺扯，不过对吃瓜群众来说应该也足够了。至于装置本身水平……这东西维度很多，每个大装置都有不同的侧重点，没法一句话评价，如果非要这样的话，也只能说是“世界先进水平”了。
如果真的对托卡马克的参数感兴趣，欢迎浏览这个网站
http://www.tokamak.info/

我的天，有25个人邀请我回答这题，好吧好吧，不答一下属实说不过去了，没办法谢邀所有人，实在是抱歉，大家见谅。
那就谈一谈这个和太阳的距离有关的问题吧。
专业知识部分老赵 @赵泠 已经答了，珠玉在前，我就谈一谈历史当块瓦砾吧
托卡马克装置是音译，意译应该是环形真空磁约束热核聚变装置，粗暴简单的说，就是做一个环形的金属管，往金属管里放氢气（同位素），然后加热氢气，使其变成等离子体，等离子体电流和外部磁场一起作用，形成螺旋型的磁力线，这个磁力线可以使变成等离子体的氢气“悬浮”起来，然后用来发电。
这个螺旋形的磁力线大概和彩虹圈玩具差不多


内部的等离子体可以粗暴的理解为，人为制造一个太阳，只不过这个太阳是环形的，外观大概和这个差不多。


当然，这个环形太阳的横截面不一定跟金刚琢一样是圆形，托卡马克装置里面有一个叫偏滤器的装置，它可以把环形太阳的横截面变成半圆形。
也就是说，托卡马克装置，本质上是彩虹圈套着金刚琢。
这原理说起来简单，做起来非常难，因为要让这坨环形太阳安稳的悬浮在金属管里，还要高效燃烧，还得稳定，还得输出能量大于加热耗能，这就是非常复杂的事情了。
特别是形成彩虹圈，需要对等离子体本身的电流形成的磁场进行有效控制，这个磁场本身结构看上去挺简单，不就是个彩虹圈嘛，但问题是，这是一个超高温，超大电流的环形太阳形成的彩虹圈，如何让这个太阳安稳的形成彩虹圈，就很困难。
托卡马克装置这个技术路径最早是苏联人提出的，当时搞可控核聚变的思路有很多种，比如用激光惯性来约束等离子体，用磁约束等离子体，激光惯性约束现在还在搞，比如美国的国家点火装置，中国的神光3，磁约束的思路也有很多，比如仿星器，托卡马克装置。
托卡马克装置的技术路线一开始是不被看好的，因为要控制等离子体自身的电流形成磁场，还要和外界磁场密切配合好，确保等离子体运转保持稳定，不至于融毁金属管道，工程难度极大，稳定性不足，当时国际学界普遍认为直接以外部磁场约束等离子体的仿星器，属于磁约束核聚变技术路径中较为可行的实施构想。
转折点发生于1954年，苏联库尔恰托夫核能研究所于当年做出了世界上第一台托卡马克装置，即T-1，后续继续改进新建，又做了一些，其中T-3大获成功，1968年，T-3的等离子体成功超过了一千万度，苏联在国际等离子体物理和可控核聚变会议上宣布了这一消息，本来对托卡马克装置持观望冷淡态度的西方国家一看卧槽苏联居然这么凶，赶紧跟进，于是本来在诸多技术路径中因为实践难度较大而不被看好的托卡马克装置，一下子咸鱼翻身，成为磁约束可控核聚变的主流技术路径，本来被看好的仿星器反而有些落寞的意思，美国人甚至把普林斯顿大学的C号仿星器改造成了托卡马克装置，苏联自己也陆陆续续新建了一些。
中国的第一台托卡马克装置建于80年代，1984年由西南物理研究院建成完工，即中国环流器一号（HL-1），具体的就不说了，简单来说就是以国际标准而言比较落后，毕竟技术储备和基础都很差嘛，等离子体存在时间才4秒，几乎就是一瞬间，属实是不太行。
中国的磁约束研究真正迎来转机要到1990年，苏联快解体了，经济又困难，就把他们造的第七个托卡马克装置T-7赠送给了我国，说是送，其实是苏联经济条件困难，T-7闲置荒废很久了，索性做个顺水人情给我们，我们也不是白拿，而是给了好几车皮的各种生活物资。
我方人员去苏联接受T-7的时候当时就震撼了，这玩意也太破旧了，就像是刚从垃圾堆里捞出来的一样，又脏又旧，所幸结构基本完好。
1991年，T-7和部分配套外围系统运到中国，中科院等离子体物理研究所和俄罗斯的科研人员一起改造T-7，说是改造，实际上和重建一套新的差不多，具体过程和瓦良格变辽宁舰的过程有的一拼，经过多年努力，1995年T-7重建成功，改名为HT-7并投入运行，即大名鼎鼎的合肥超环，中国就此成为世界上第四个拥有超导托卡马克装置的国家。
合肥超环给中国磁约束核聚变研究带来的收益不可胜数，直接让中国在这一领域走在了世界前沿，特别是在高温，大电流，长放电时间环境下进行等离子体物理研究时，要么去法国，要么就来合肥。
在合肥超环上积累的技术和经验基础上，中国开始动工制造自己的新一代超导托卡马克装置，即HT-7U，后来更名为实验型先进托卡马克装置，缩写为EAST，即东方超环。
这一次不是又破又旧的T-7了，而是这样。


不好意思放错图了，是这个


东方超环是世界上第一个全超导托卡马克装置，还记得我前面说过的托卡马克装置里面有一个叫偏滤器的装置，它可以把环形太阳的横截面变成半圆形吗？东方超环就是第一个做到这一点的，从此以后，环形太阳就从这样


变成了这样


东方超环非常牛逼，牛逼就牛逼在先人一步，它是第一个全超导的托卡马克装置，这让它形成的彩虹圈更稳定更安全，既探索了等离子体物理和可控核聚变的先进运行模式，也为未来的其它托卡马克装置的建设开发积累了宝贵的技术经验。
东方超环于2006年完工，它的完工和研究成果直接为国际热核聚变实验堆，即ITER的建设提供了经验和储备，给这个三个和尚没水吃的磨洋工项目的进度大大向前推进了一步。
本来还指望和世界各国人民一起努力推动科学进步，但是事实证明，三个和尚没水吃是不变的真理，ITER项目从冷战期间就提出倡议了，折腾到今年还没折腾完，今年7月份才搞了工程安装启动仪式，所谓靠山山倒靠人人走，靠天靠地终究还是只能靠自己。
中国大概是对ITER项目的磨洋工有了足够的思想准备，于是双轨并行，不把鸡蛋放在一个篮子里，2009年启动了中国环流器二号项目，就是此次新闻的主角HL-2M，它由之前设计制造中国环流器一号的西南物理研究所负责，并于昨天成功用爱发电。
这个HL-2M非常先进，具体有多先进呢，总之就是非常先进就完事了。
未来，我们还会有新一代的中国聚变工程实验堆CFETR，这个项目17年启动工程设计，预计21年立项开工，35年完工并开始科学实验，HL-2M的实验成果和建设经验，可以为它提供强有力的支持。
根据CFETR的技术路径时间表，预计聚变工程实验堆完成实验后，将在2050年建设聚变商业示范堆，正式开始投入发电，此所谓太阳的距离。
中国从落人身后，到借助苏联遗产赶上脚步，再到甩开其它和尚自己单干，到领先世界。
只能说，咸鱼翻身的感觉，真好。

早上起来，科技圈又传来一个好消息！我国最新的核聚变试验装置HL-2M首次放电成功！


这是昨天的新闻，不过昨天在写有关“九章”量子计算机的文章，所以没有第一时间发现这个消息~没想到同一天在不同领域都有大新闻啊！
感觉就像过年啊~喜大普奔！
天问还在火星征途，
嫦娥已经探月凯旋，
九章初现量子霸权，
环流再创聚变佳绩！
https://zhuanlan.zhihu.com/p/331440425其实量子计算机和可控核聚变还真的可以放在一块儿说！
不过这篇文章只说可控核聚变。

本文是科普向，专业人士请注意避雷～

大伙儿都知道核电站。
但是你知道吗，目前所有的核电站都是核裂变电站，通俗点讲就是把原子弹的爆炸反应速度减慢，大幅度减慢。



小胖子

这样，剧烈的爆炸就变成了稳定的燃烧。
再用燃烧的热烧水。
烧水形成的水蒸气推动发电机转动。
于是我们就有核电啦！
（没错，发电就是烧开水～）



这是一个发电站的核心装置

不过呢，自然界还有一种核反应，叫核聚变，也就是氢弹所用到的理论。
简单点说就是把两个氢原子撞一块，形成一个氦原子，这个过程会释放能量。
那对应的发电技术自然就叫核聚变发电了。
这个可以控制的核聚变发电可了不得！
首先，它是清洁能源。
咱都听说过历史上著名的核泄漏事故，比如切尔诺贝利核电站爆炸，比如福岛核电站泄露事故（当年我们还抢盐呢～哈哈）。这是因为，传统的核裂变技术有放射性核废料的产生，这些废料的放射性能持续很多年。切尔诺贝利核电站所在的区域如今依然是无人区。



想去切尔诺贝利玩玩么

而核聚变的产物是氦，氦气是没有毒也没有放射性的。
要论清洁，看来只有太阳能有的一比。
其次，它的原料丰富。
核聚变的原料是氢的同位素，叫做氘和氚。其中氘是含有一个中子的氢原子，而氚是有两个中子的氢原子。


氘在海水中就有，含量大概是0.02%，看起来少，但是考虑到海水的丰富程度，氘的存量其实很巨大。
氚在自然界含量极少，不过可以利用中子去轰击锂原子得到（看到没，图中聚变产物有个中子）。
这就很有意思了。
我们只要有水，有锂，就可以无限发电了！
难道以后用电不要钱了？
那我估计咱们离共产主义社会也不远了～
毕竟各行各业都要电，电力成本可是占比很大的。
想想就给力对吧！

不过，别高兴的太早！
下面我开始泼冷水了～
在核聚变领域，有个梗，叫：永远的50年。
这是行业流传的一个说法，说是可控核聚变诞生之初，科学家预测还有50年就能实现商业化的聚变发电。
但是如今50年已经过去了，科学家依然预测，还有50年才能实现商用核聚变发电！
也就是2070年左右。
希望到2070年别告诉我要拖到2120年！
这就说明，可控核聚变发电太难了！超乎人们的想象的难。
那到底哪里难呢？
我就不讲太深奥的了，简单说一下～太专业的我也不懂！
第一，是可控核聚变需要的核燃料温度极高，密度极大，大约是1亿℃，这是什么概念？
太阳表面温度大约1万度，核心大约2000万度，可控核聚变需要的温度居然是太阳核心温度的5倍！


第二，由于这么高的温度，所以燃料肯定不能接触容器的对吧，没有任何容器材料能承受一亿度。因此我们需要想个办法来约束住这个超高温燃料。
通常有两个办法，一种叫惯性约束，使用激光轰击微型燃料小球，压缩里面的等离子体，就是所谓的激光点火。美国喜欢搞这种。
还有一种叫磁约束，就是通过磁场把带电的等离子束缚在一个空间区域内，不与容器直接接触，这样反应堆容器外壁的温度也就是1000度的样子，在人类材料所能承受的范围内。



托克马克

只要学过中学物理就知道，给线圈通上电流，线圈就会产生磁场，这样的磁场就可以用来约束离子体。这就是磁约束的基本原理，人们把这样的核聚变装置叫托卡马克。中国和前苏联是走的这个路线。
由于磁约束需要的磁场很强，就需要大电流。如果线圈存在电阻的话，大电流会带来很高的能量消耗。因此，咱们的线圈得是用超导材料做成的！
知道难在哪了吧！
目前还不存在常温超导材料，都是要很低的温度才能实现超导。
所以托克马克就是一个冰火两重天的装置。核心是一亿度的等离子体核燃料，外圈是零下一两百度的超低温超导线圈。


第三，等离子体的稳定约束非常非常难，磁约束聚变装置方面做的最好的便是中国的EAST，全名叫Experimental Advanced Superconducting Tokamak，即全超导实验性托克马克装置。



EAST

该装置于2006年在合肥建成，仅仅花了3亿人民币，出了很多世界上最好的核聚变成果。
比如在2020年4月，实现了一亿度的等离子放电，持续时间为10秒钟。
这10秒钟，是无数科研人员背后辛勤工作的成果。
也是我们向往星辰大海的真实写照。
本人有幸，于几年前参观过EAST，能够亲眼目睹咱们自己的“小太阳”，还是相当兴奋的。



绝无PS痕迹！

昨天新闻里的环流2M号试验堆已经取代EAST成为我国目前规模最大、参数最高的新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，它采用更先进的结构与控制方式，等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度，能实现高密度、高比压、高自举电流运行，是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托装置。




第四，别以为约束稳定了就万事大吉了，咱还要把发电功率大幅度提高，不然，你核聚变发的电还没维持线圈和冷却装置等设备花掉的电多，这不就搞笑了么～
输出能量/输入能量，科学家称这个比值为Q值。
很显然，Q<1，入不敷出，没实际意义。
Q＞1，开始能够输出电能。
不幸的是，目前公开的数据，还没有聚变堆的Q值能超过1。
更不幸的是，Q＞1也只是个开始。
由于高昂的基建，维护，人力，技术成本，Q得远大于1才有商用价值。
目前来看，Q＞10才能维持运营，Q＞30才能和其他发电方式同台竞争，若是想要大幅度降低电价，甚至用电不要钱？
那我估计Q怎么也得大于100吧！
这真的是科幻了。


事实上，免费是不可能滴，这个和原料获取难易程度没关系。
咱每一部手机，每一台电脑，都要用到芯片，这个芯片的原材料是什么？
是沙子！
没错，主要就是沙子。


但是，芯片免费吗？
芯片按重量来算，价值堪比黄金！
不是说好的，原材料取之不尽用之不竭吗？
为啥成品这么贵？
这是因为芯片是现代工业的皇冠上的明珠，是人类工业的集大成之作，和原材料沙子其实没啥太大关系。
咱都知道，华为被美国掐脖子，不让台积电供芯片，这让华为很难受。难受也没办法，谁让人家有技术垄断！


此前新闻也经常报道有关光刻机卡脖子的事，知道了荷兰有一家公司叫ASML，是做光刻机的，这个光刻机也是芯片产业链中很重要的一环。
所以，芯片是个高附加值的东西，才卖的这么贵。
可控核聚变是一样的道理。

综上所述，可控核聚变真的是
前途是光明的，道路是极其曲折的！
但不管怎么说，梦想还是要有的。
《三体2：黑暗森林》中有关于人类未来地下城市的描述。书中想象，未来人类用核聚变发电，电力资源极度丰富。
而《三体3：死神永生》中所写的太空城市，其中有人造小太阳的描述。


我想，若是有一天，真能造出一个小太阳，那人类星辰大海的梦想也算是完成一个小目标了。
正如那首儿歌唱的一样：
我有一个美丽的愿望
长大以后能播种太阳
播种一个一个就够了
会结出许多的许多的太阳
一个送给送给南极
一个送给送给北冰洋
一个挂在挂在冬天
一个挂在晚上挂在晚上
啦啦啦种太阳
啦啦啦种太阳
啦啦啦啦啦啦啦啦
种太阳
到那个时候世界每一个角落
都会变得都会变得温暖又明亮

怎么样，是不是看完这个歌词感觉暖洋洋的？

什么叫双喜临门啊这？（战术后仰）
前两天飞了个嫦娥还没吹热乎呢，这边量子计算机和核聚变都有突破了就。当然，肯定还是实验阶段，革命尚未成功，同志仍需努力……但这也太夸张了吧。
如果不是陆续有些突破，真就怀疑这都是科幻小说里的东西，怀疑是不是方向错了都。


今天是个好日子！人活着需要有盼头（比如轰20），但架不住总来惊喜啊。

HL-2M是我国现有的规模最大、参数最高的托卡马克装置，在2020年底建成并首次放电符合预定的计划。目前可以知道的是仪器工作正常，下一步要达到设计上本装置的指标：1.5亿~2亿摄氏度温度、2.5兆~3兆安培电流、约10秒约束时间。完成的话，可以推进我国乃至世界的托卡马克反应堆研究，并可能发现和解决一些新的问题，例如这里提到的：
如何看待中国#人造太阳#环流器二号M装置将于今年建成？ - 胡万鹏的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/321242093/answer/660475041


在HL-2M这样大[1]的装置里对持续10秒级别的超高温等离子体的磁现象、流体不稳定性、约束湍流等进行研究，具有重大意义。在这里积累的进步可以预期对国际热核聚变实验堆计划（ITER）和中国将来的自主研发聚变电站发挥作用。
HL-2M不会对外供电，也不会和有些网友期待的那样“用于航母”或是“标志着能量用之不竭”。这方面是一点边都不沾的。



https://www.cas.cn/kj/202012/t20201204_4769400.shtml

这类新闻的用语模糊，有的可能是有意让你误解，有的可能是记者也不懂。对可控核聚变发电的难度有兴趣的话可以参照：
可控核聚变的难点在哪里？