對於我們人類而言，當氣溫超過30攝氏度時，就會感覺到熱，假如氣溫超過40攝氏度，那就可以稱得上是“高溫”了。然而40攝氏度的溫度在宇宙中卻根本不算什麼，一個典型的例子就是太陽，其表面溫度就有5500攝氏度，核心的溫度更是高達1500萬攝氏度。

點選載入圖片

太陽的溫度已經很離譜了，而在我們人類的可控

核聚變

實驗裝置中，

等離子體

的溫度還可以達到上億攝氏度，居然比太陽核心的溫度還要高很多。相信大家在感到自豪的同時，也會有一點疑惑，等離子體上億度的超高溫是怎麼測量出來的？什麼儀器能測量如此高的溫度呢？

測量溫度到底是在測量什麼？

從我們的直觀感受的角度來看，溫度就是指物體的冷熱程度，但這只是溫度給我們造成一種宏觀層面的表面現象。

從微觀層面來看，任何我們能夠看到（或感受到）的物體，都是由數量龐大的微觀粒子構成，這些微觀粒子一直都在做隨機的運動，這被稱為“熱運動”。

點選載入圖片

一個物體的溫度高低，其實就是構成該物體的微觀粒子在整體上的熱運動的激烈程度，具體表現為熱運動越激烈，溫度就越高，反之亦然。比如說我們感覺到一杯水的溫度比較高，其實就是這杯水中的水分子熱運動相對比較激烈。

由此可見，從本質上講，測量一個物體的溫度，其實就是測量構成該物體的所有微觀粒子的熱運動的整體速度。

上億度的超高溫，究竟是怎麼測量出來的呢？

上億度的超高溫是任何材料都無法承受的，用儀器對其進行直接測量根本就不可行，而由於同樣的原因，可控核聚變實驗裝置也無法直接容納超高溫的等離子體。

從本質上講，等離子體其實就是一大堆帶負電荷的電子和帶正電荷的離子，既然帶電，就會受到磁場的影響，因此可控核聚變實驗裝置採用的是，用強大的磁場來約束高溫等離子體，當其執行起來，大概就是下圖這個樣子。

點選載入圖片

可以看到，在強大磁場的作用下，等離子體會在實驗裝置中高速旋轉。當電子在做這樣的高速旋轉運動時，就會造成磁場出現一種波動，而這種波動其實就是一種電磁波。

這種電磁波的頻率與電子的熱運動速度密切相關，熱運動速度越快，其頻率就越高，因此

科學家

只需要利用儀器測量出這種電磁波的頻率，就能夠計算出電子的熱運動速度，進而計算出等離子體的溫度。

點選載入圖片

科學家還會利用“鐳射測速儀”來測量電子的熱運動速度。如果向高溫等離子體發射一束鐳射，那麼當鐳射在等離子體中傳播時，就會激起其中一些電子做受迫振動，進而發射出次級電磁輻射，從而形成一種散射波，這被稱為“湯姆遜散射”。

在電子熱運動的影響下，觀測到的散射波的頻率會發生一些細微的變化，卻在電子向觀察者接近時，觀察者觀測到的光波頻率會變高，反之則變低，這被稱為“多普勒效應”，因此科學家就可以利用儀器測量出這種變化的數值，然後再計算出電子的熱運動速度，最終計算出等離子體的溫度。

點選載入圖片

看到這裡可能有人會問了，以上只是測量了等離子體內的電子熱運動速度，那離子呢？實際上，直接測量可控核聚變實驗裝置中用於聚變的離子的熱運動速度是不現實的，儘管如此，科學家還是想到了一種辦法。

在啟動可控核聚變實驗裝置之前，科學家通常會在核聚變原料中加入一些耐高溫、且不會影響核聚變的化學元素，最常用的就是鎢。

點選載入圖片

在上億度的超高溫中，鎢離子依然能夠束縛住一些電子，而這些被束縛的電子則會發射出X射線，而由於熱運動的存在，這些X射線也會產生“多普勒效應”，接下來，科學家要做的事情就有上述的“鐳射測速儀”一樣了。

需要注意的是，在測量上億度的超高溫時，上述測量方法都可能會出現一定的偏差，因此科學家通常不會只用其中的一種，而是多種方法同時使用，這樣測量出來的溫度就要準確得多了。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。