“赤日炎炎似火烧”！在古代，人类把炽热的太阳比作“神”。随着科技的进步，人类得知神秘的“太阳神”不过是一颗普通的恒星，但是太阳之火是怎么燃烧的这个问题一直困扰着人们。有人计算过：如果太阳是个赤红的大“煤球”，只够烧几千年，可是太阳已经“烧了”几十亿年了，尚在壮年。再说太阳表面就有6000℃，内部温度极高达1500万度，靠普通煤炭的燃烧是根本达不到这个温度的。那么，太阳上面的“燃烧”是依靠什么“燃料”呢？

我们知道：太阳离我们地球极其遥远，有一亿五千万千米，研究起来非常困难，要想揭开太阳“燃烧”的秘密，必须首先知道太阳元素的组成。1814年德国科学家夫琅和费在光谱中发现了567道谱线，科学家后来又发现了两万多条谱线，通过深入研究，终于发现了太阳上化学元素的组成，有趣的是，元素氦(He)竟然先在太阳上发现，后来才在地球上找到的。由于这些科技成果，人们逐渐揭开了太阳“燃烧”的秘密。

原来太阳主要是由氢元素和氦元素组成的，这是两种很轻的气体。当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量。我们称这种结合为核聚变，放出的能量称为核聚变能。核聚变反应是很不容易进行的，因为原子核都带正电。两个带正电的原子核聚变成一个较重的原子核时，首先要克服彼此间的静电斥力。轻原子核带的正电少，彼此间的静电斥力小，所以质子数越少的原子核越容易聚变。轻的原子核不但容易聚变，而且聚变时放出的能量多。太阳上的氢在高温高压状态下聚合为氦，同时源源不断地释放出巨大能量，即太阳的光和热。这种反应就是“核聚变”，又叫“热核反应”。

地球上的“小太阳”

1952年，地球上出现了一个“小太阳”，那是爆炸了一颗氢弹。氢弹很小，但它的光和热却相当于几十颗原子弹，产生了地球上从未有过的超高温。氢弹“轰隆”一声巨响，可以造成巨大的破坏。 氢弹使人恐惧，又给人类带来希望，因为所谓“氢弹”爆炸就是成功进行的“热核反应”啊！

实际上，在考虑轻原子核的聚变时，目前只考虑氢的同位素之间的聚变。氢的各种同位素的质子数最少，只有一个，所以互相间静电斥力最小，在人工的条件下最容易聚变。氢有三种同位素：氕、氘、氚。氕的原子核只有一个质子，氘的原子核有1个质子和1个中子，比氕原子核重1倍。由于它比氕重1倍，所以化学性质相差较大。在当时，还没有其他两种同位素具有氕和氘这样大的化学性质上的差别。氚原子核有1个质子和2个中子。氢是上述三种同位素的总称，是元素的名称。

在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变又最容易，所以人们一般将氘和氚称为聚变核燃料。进入20世纪90年代之后，科学家利用氢的同位素氘和氚进行可控制性“核聚变”。受控热核反应装置不存在放射性，因为它对于环境没有什么污染。氢弹的成功爆炸证明，人可以制造出太阳上存在的核聚变反应。但是氢弹一旦爆炸，人们就无法控制，也不能利用氢弹的能量。如果人们能够控制它，让它缓慢地连续地释放能量，那就是造福人类的新能源了。关键是如何让它受控制呢？

实现受控核聚变的装置很复杂，首先要解决两大难题：第一个是“点火”，我们知道，冬天点燃煤球炉时，必须首先使用劈柴引火，利用劈柴燃烧的热量引发煤球燃烧，而核聚变反应要在近亿摄氏度高温下进行，氢弹爆炸是靠原子弹爆炸产生的高温引爆的，是无法控制的爆炸，因此这种方法在生产生活上是绝对不行的。第二个难题是“容器”，比如炼钢时需要“炼钢炉”，火力发电需要有“燃烧炉”，而核聚变反应的近亿摄氏度高温，什么“容器”承受得住呢？

“神光”点燃了核聚变

经过艰苦的努力，当代的科学家终于解决了这两个难题。激光解决了第一个“点火”难题，（除激光外，利用超高额微波加热法，也可达到核聚变的“点火”温度。）而超导“磁瓶”则解决了反应的容器之难。

20世纪四个重要发明：原子能、半导体、计算机、激光。现代激光技术的发展，使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。20世纪50年代激光技术问世后，1960年科学家用红宝石制成世界上第一台可见光激光器，同年制成氦氖激光器，1962年产生了半导体激光器，1963年产生了可调谐染料激光器，激光技术得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。

由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，可以几十路激光同时照射同一个靶点，（美国研制人员将192束超级激光汇聚于305米处的一个氢燃料球芯上，每一束光到达的时间仅为千分之一秒）因此能瞬间产生极高的温度，它可以射穿钢板，甚至像金刚石那么坚硬的物质，在激光照射下也会化为一屡青烟，在科幻小说里描绘成为“死光武器”。

由于激光“神通广大”，科学家就开始致力于利用高功率激光引发核聚变的试验，而且获得了成功。目前，世界上激光器的最大输出功率达100万亿瓦，足以“点燃”核聚变。使“靶心”物质达到极高温，能加热到400万摄氏度到1000万摄氏度以上，甚至瞬时温度达到1亿摄氏度，据认为这一温度是世界最高纪录。

“磁瓶”约束了核聚变

神奇的“磁瓶”，也可以叫“磁笼”，我们肉眼看不见、伸手摸不着，那是由强大的“磁场”包围的一个空间，在磁瓶范围内“热核反应”剧烈进行，不会蔓延泄露。那么为什么“磁瓶”可以约束呢？原来任何物质，在较低温度下是固体，温度升高就变成液体和气体。虽然不同物质在不同压力下熔化和汽化的温度不同，但随着温度的升高，物质都要由固体变成液体和气体。这就使人们去考虑，当气体的温度进一步升高时，情况怎样呢？

我们平时见到的气体，是由分子组成的，称为分子气体。随着气体温度的升高，气体分子的互相碰撞加剧，分子被碰碎了，成为单个的气体原子，这就是原子气体。原子气体的温度进一步升高，由于碰撞的加剧，原子外的电子，首先是一部分被碰掉，成为自由电子与离子的混合物。当温度继续上升，原子核外的全部电子被碰掉，成为自由电子与完全电离了的裸露的原子核的混合物。无论是部分电离或完全电离，在一个小的体积单元内，正离子或带正电的原子核的带电量，与自由电子的带电量是相等的，因此呈电中性。这些气体，称等离子体。前者称部分等离子体，后者称完全等离子体。氢气大约在几千摄氏度开始少量电离，到10万度左右就可以成为完全等离子体。

这种高温等离子体不能用容器来容纳，而要采用特殊的办法来约束。由于太阳质量比地球大33万倍，它所产生的巨大的引力，可以将太阳上的高温等离子体约束在一起，因此太阳及其他恒星上能在自然条件下完成核聚变，地球上的引力太小无法实现。

真正的“神光”点火器，是一种由强大磁场包围起来的“磁瓶”，它可以使超高温下的氢原子变成的带电粒子，听从磁场的约束，核聚变反应在“磁瓶”中激烈的进行。这是20世纪50年代初期，前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫，提出托卡马克的概念。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写，又称环流器。世界第一个托卡马克装置于1954年在前苏联库尔恰托夫原子能研究所建成而在此之前，从1946年开始其他的磁约束概念也曾相继提了出来。在托卡马克装置中，剧烈的核聚变反应是在圆环形的聚变反应室内进行的。这个室像一个汽车轮胎的内胎一样。圆环上绕的线圈产生的极强的磁场，使等离子体保持在圆环的中心，不会和圆环的内壁接触。

燃起“太阳之火”

世界各国都在加紧研究受控核聚变装置，因为人类面临着环境和能源危机，目前大量使用的矿物能源，不仅造成各种严重的污染和“温室效应”，而且大约在２００年之内，石油、煤和天然气资源都有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。 世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂或合成，都会产生能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用核裂变而发电。

　　核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，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，核聚变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。若利用核聚变反应则非常有希望解决这一问题．因为海水中含有大量氢及其同位素氘和氚据计算，一桶海水中能提取的氘的能量相当于３００桶汽油．若将浩瀚大海中所有的氘核能都释放出来，它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年．

“国际热核试验堆”计划正式实施，包括欧盟、加拿大、俄罗斯、日本、韩国、中国和美国，它是在“国际空间站”、“人类基因组计划”之后，又一个大型的国际科技合作项目，世界首座核聚变反应堆建造计划在30年中总投资100亿欧元，其首期建造工程将持续10年,预计耗资47亿欧元,最近已经正式决定地点在法国。我国从事“太阳之火”研究的，有两个机构：核工业西南物理研究院和地处合肥的中科院等离子物理研究所，已经研究理论40年，我国最近研制的全超导托卡马克装置，模拟太阳产生能量，已达到1000秒稳态运行，成功获得了电流超过200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电，正在力争早日达到实际应用的水平。我们相信，“太阳之火”在地球上点燃的日子为期不远了。