最大「人造太陽」啟動安裝！它會給人類帶來鋼鐵俠嗎？

7月28日，「人造太陽」國際熱核聚變實驗堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，簡稱ITER）重大工程安裝啟動儀式在法國舉行，標誌著ITER託卡馬克裝置安裝工程正式啟動。

ITER的安裝現場。圖｜中核集團

核聚變被視為人類的終極能源。科幻電影中，鋼鐵俠的戰甲、流浪地球的行星發動機，都以核聚變為動力（行星發動機採用重核聚變）；太陽等恆星發出的光和熱，也來自於內部的熱核聚變反應。因此，可控核聚變裝置也被稱為「人造太陽」。

ITER計劃是實現聚變能商業化應用必不可少的一步，其目標是驗證和平利用聚變能的科學和技術可行性。ITER也是國際空間站之後，世界上規模最大、影響最深遠的國際大科學工程，由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方共同參與研發建造。

ITER裝置安裝啟動後，世界頂尖科學家論壇(WLF)第一時間連線中國科學院等離子體物理研究所副研究員黃凱，請他介紹ITER計劃及可控核聚變研究的相關情況。

1、要用聚變能，還得再等30年

「提到聚變能，可以給大家舉個例子：電影裡的鋼鐵俠，胸口有一個小小的發光的能量環，它就是一個微型聚變裝置。ITER是它的放大版。鋼鐵俠每次出馬，胸口能量環都會長時間持續發射亮光，說明它裡面的聚變反應是非常穩定的。但實際情況是，我們現在還只能夠把聚變等離子體穩定約束在幾百秒這個時間量級。」黃凱用一個生動的例子來說明核聚變的現實與未來。

鋼鐵俠。動圖｜Picgifs

「科學界普遍認為，樂觀估計，聚變能要到2050年左右才能真正投入商用。」黃凱說，ITER計劃重大工程安裝啟動，將是漫漫長徵踏出的第一步。

黃凱介紹，ITER計劃將歷時35年，其中建造階段10年、運行和開發利用階段20年、去活化階段5年。其中運行階段將進行各種實驗和技術的測試，在期間同步進行未來聚變示範電站（Demonstration Plant, 簡稱DEMO）的設計。示範電站將具備發電功能，等示範電站通過一段時間運行考驗之後，才能進行規模化的核聚變電站建設。而要研發出鋼鐵俠這樣的可攜式微型聚變裝置，目前從技術角度看還為時尚早。

2、ITER項目不發電

目前人類對核聚變的研究，主要以氫的同位素——氘和氚為主。若要求氘、氚混合氣體中能產生大量核聚變反應，氣體溫度必須達到1億度以上。在這樣高的溫度下，原子中帶負電的電子和帶正電的原子核已完全脫開，各自獨立運動。這種完全由自由的帶電粒子構成的高溫物體被稱為&34;。

如此高溫的物質，不能用任何材料所構成的容器約束。因為帶電粒子只能沿磁力線運動，要防止高溫等離子體逃逸或飛散，具有閉合磁力線的磁場是最可能的選擇。目前，人類主要是依靠一種環形容器，通過約束電磁場驅動，創造氘-氚聚變的環境和超高溫，實現受控核聚變，這種裝置被稱為託卡馬克（Tokamak）。

託卡馬克的核心是它的甜甜圈形的真空室。圖｜iter

ITER裝置就是一個能產生大規模核聚變反應的超導託卡馬克，總重達23000噸。按計劃，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體，約束在體積達837立方米的&34;中，產生50萬千瓦的聚變功率，持續時間達500秒。

在ITER上開展的研究工作將揭示這種帶有氘氚核聚變反應的高溫等離子體的特性，探索它的約束、加熱和能量損失機制，等離子體邊界的行為以及最佳的控制條件，從而為今後建設商用的核聚變反應堆奠定堅實的科學基礎。

對ITER裝置工程整體及各部件在50萬千瓦聚變功率長時間持續過程中產生的變化及可能出現問題的研究，不僅將驗證受控熱核聚變能的工程可行性，而且還將對今後如何設計和建造聚變工程示範以及商用反應堆提供必不可少的信息。

ITER的建設、運行和實驗研究是人類發展聚變能的必要一步，有可能直接決定真正聚變示範電站的設計和建設，並進而促進商用聚變電站的更快實現。但是ITER本身並不是核聚變發電站，並不對外輸出電能。

3、中國為ITER項目做出重要貢獻

中國於2006年正式籤約加入ITER。除了按比例分攤項目資金外，中國在研發、工程等方面，為ITER項目做出了重要貢獻。

中國參與ITER的科研機構主要是中國科學院等離子體物理研究所、中核集團核工業西南物理研究院等，向ITER派駐了數十位常駐科研人員。

黃凱介紹說，中國對超導託卡馬克的研究處於世界先進水平。等離子體物理研究所設計研製的「先進實驗超導託卡馬克」（Experimental and Advanced Superconducting Tokamak，簡稱EAST），是國際首個全超導託卡馬克裝置。截至目前，EAST已經實現101.2秒高約束模等離子體運行、1億攝氏度等離子體運行等多項技術突破。

和EAST一樣，ITER也是全超導託卡馬克裝置。參加ITER計劃以來，中國承擔著諸多核心部件研發製造（採購包）任務。ITER計劃中最大的單體線圈——極向場6號超導線圈（PF6線圈）即由等離子體物理研究所承擔研製工作。

PF6線圈。圖｜中科院等離子體物理研究所

PF6線圈是ITER裝置主機的最重要部分之一，位於ITER裝置超導磁體的底部，是目前國際上研製成功的重量最大、難度最高的超導磁體。經過6年的自主研發，總重超過400噸、外徑超過11米的PF6線圈於去年研製成功，今年順利交付。這為ITER計劃2025年第一次等離子體放電的重大工程節點奠定了重要基礎，對於ITER整個計劃的進度具有積極的提速推進意義。

此外，由中核集團中國核電工程有限公司牽頭的中法聯合體，承擔了TAC-1標段在內的ITER安裝任務。TAC-1安裝標段工程是ITER託卡馬克裝置最重要的核心設備安裝工程，其重要性相當於核電站的反應堆、人體的心臟。當地時間5月28日，中核集團成功實現杜瓦底座吊裝，拉開了國際熱核聚變實驗堆主設備安裝序幕。

作為國際空間站之後，世界上規模最大的國際科學合作工程，ITER對於推動國際科學合作起到了十分重要的作用。參與ITER項目的七方，代表了全球一半的人口；各國科學家在統一的國際項目組織下，開展研究、交流與合作；而ITER的產出的各項成果，也將服務於全球人類的福祉。

（*部分資料援引自科普中國·科學百科「國際熱核聚變實驗堆計劃」詞條）