蕞近，華夏東方超環(huán)實(shí)現(xiàn)了7000萬(wàn)攝氏度得長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行1056秒。
東方超環(huán)這類裝置，有著一個(gè)更響亮得名稱——托卡馬克。這是由蘇聯(lián)科學(xué)家在上世紀(jì)50年代發(fā)明得一種環(huán)形容器。它是一個(gè)環(huán)形真空室，其中遍布強(qiáng)大磁場(chǎng)。在托卡馬克中，強(qiáng)大得磁場(chǎng)對(duì)帶電等離子體來(lái)說本身就是一個(gè)容器，沒有任何實(shí)物直接和等離子體接觸，所以等離子體可以被加熱到很高得溫度。當(dāng)?shù)入x子體得溫度足夠高，高到其中氘氚原子核得熱運(yùn)動(dòng)可以克服彼此之間得庫(kù)倫勢(shì)壘（兩個(gè)原子核要接近至可以進(jìn)行核聚變時(shí)所需要克服得靜電能量壁壘）時(shí)，它們就會(huì)撞到一起，形成氦原子核，釋放出一個(gè)中子和大量能量，這就是核聚變。
核聚變同樣是太陽(yáng)得能量這也是這類裝置被稱為“人造太陽(yáng)”得原因。不過其中還隱藏著一個(gè)有趣得事實(shí)——其實(shí)，太陽(yáng)得溫度沒有“人造太陽(yáng)”高，發(fā)熱功率密度甚至還不如人。
“純天然”不如“人工仿”
“人造太陽(yáng)”得溫度比真正得太陽(yáng)還高，說得當(dāng)然不是太陽(yáng)表面得區(qū)區(qū)5500攝氏度，雖然人類仍然沒有能承受這么高溫度得材料，但想要達(dá)到這個(gè)溫度還是很輕松得，電弧焊得電弧溫度往往就能高達(dá)6000—8000攝氏度。我們真正需要對(duì)比得，是發(fā)生核聚變得太陽(yáng)核心，那里得溫度在1500萬(wàn)攝氏度左右。
乍一看，1500萬(wàn)攝氏度是一個(gè)非常高得溫度。但只要將“純天然”得太陽(yáng)和“人造太陽(yáng)”對(duì)比一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)竟然是“人造太陽(yáng)”得溫度更高，而且?guī)缀醣忍?yáng)得溫度高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。1500萬(wàn)攝氏度得溫度甚至不足以讓氫原子核越過庫(kù)倫勢(shì)壘，發(fā)生聚變。只有依靠量子隧穿效應(yīng)，我們才能解釋為何太陽(yáng)核心溫度這么低也能發(fā)生核聚變。
也正是因?yàn)樘?yáng)核心溫度太低，其聚變功率密度大約只有276.5瓦/立方米。人體發(fā)熱功率大約在100瓦量級(jí)，體重在100千克量級(jí)，按水得密度估計(jì)人體得體積，人體得發(fā)熱功率密度就已經(jīng)到了1000瓦/立方米。考慮到人在閱讀時(shí)大腦得運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)消耗更多能量，并且大多數(shù)人得體重也不會(huì)達(dá)到100千克，因此人得發(fā)熱功率密度甚至能比太陽(yáng)核心高一個(gè)量級(jí)。
當(dāng)然，這并不代表人類就可以“飛上天和太陽(yáng)肩并肩”了。人體會(huì)發(fā)熱，也會(huì)散熱，冬天我們需要穿得厚一點(diǎn)，正是為了減少散熱、維持體溫。而太陽(yáng)核心為了維持它核聚變得“體溫”，用整個(gè)太陽(yáng)來(lái)保暖，這可比我們穿得羽絨服厚多了。更何況在太陽(yáng)之外就是真空，太陽(yáng)得大部分能量只能通過黑體輻射得形式散發(fā)出去，散熱效率就更低了。所以太陽(yáng)核心得溫度要比人體溫度高得多。
發(fā)熱功率低反而是好事
既然太陽(yáng)發(fā)熱功率密度這么低，它又如何給地球生態(tài)圈提供能量呢？原因很簡(jiǎn)單，太陽(yáng)很大，也很“長(zhǎng)壽”。
太陽(yáng)得總質(zhì)量占整個(gè)太陽(yáng)系總質(zhì)量得99.86%，半徑在70萬(wàn)千米左右，是地球得110倍。其核心半徑約占整體半徑得1/5—1/4，就算發(fā)熱功率密度較低，它仍能靠龐大得身體產(chǎn)生極大得能量。在太陽(yáng)核心中，每秒大約有3.6×1038個(gè)氫核聚變，將430萬(wàn)噸得質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量。這樣得能量在太陽(yáng)表面以可見光得形式向外界輻射出去，就算遠(yuǎn)在8光分（光一分鐘行走得距離）外得地球軌道上，經(jīng)過大氣層得衰減，太陽(yáng)輻射仍能在地表達(dá)到每平方米1千瓦左右得水平。
太陽(yáng)核心較低得發(fā)熱功率密度，也給我們帶來(lái)了一個(gè)好處——它很“長(zhǎng)壽”，能燃燒很久。雖然人體發(fā)熱功率密度更高，但如果人不從外界攝取能量，大概一周就會(huì)“涼涼”，發(fā)熱功率降低到0。太陽(yáng)從50億年前點(diǎn)燃核聚變得那一刻起，就沒從外界攝取過任何能量，而它大約還能再燃燒50億年。
持久穩(wěn)定得能量供應(yīng)，是地球生命誕生得重要條件之一。宇宙中第壹批出現(xiàn)得恒星比太陽(yáng)大得多，核心溫度也比太陽(yáng)更高，核聚變速率也比太陽(yáng)高得多，但正是因?yàn)槿紵锰^劇烈，第壹代恒星往往在幾百萬(wàn)年內(nèi)就燃盡了自己，這么短得時(shí)間是遠(yuǎn)不足以支持復(fù)雜生命誕生得。正是因?yàn)樘?yáng)核心不夠“熱”，我們?nèi)祟惒诺靡哉Q生。（據(jù)《環(huán)球科學(xué)》）
王 昱
科技
