不斷增加的全球能源消費、化石資源的日益稀缺、氣候變化、溫室氣體減排……讓人類發展新能源和可再生能源、努力減少碳足跡迫在眉睫。面對不可避免的能源轉型，核聚變技術的開發被提上了日程，我們如果能夠證明其可行性，就可以向核聚變發電產業邁進。問題是，核聚變發電的夢想離我們究竟還有多遠？
採訪對象：Jérôme Paméla / 國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃法國總監
問：為什麼要設立ITER計劃？
答: 設立該計劃的一個根本性前提假設是，在不太遙遠的將來，核聚變將成為一種全新的、儲量豐富且清潔的可用能源。其廢棄物可控，而且可以在很大程度上被回收利用。因此，核聚變能源會和其他可再生能源一起，共同為人類服務。核聚變的這些特點決定了它是無可爭議的最後王牌。
據估計，今天的全球能源消耗為120億噸標準油（TOE），而且還在繼續增加。一些專家認為，到下世紀初，全球能源消費將達到目前的兩到三倍。另一方面，化石能源（石油、煤和天然氣）儲量將被耗盡，開採和使用成本正急劇增加。最後，氣候變化迫使我們尋求溫室氣體釋放量更少的能源。我們不得不研究和開發新能源。現在的問題不是反對利用新能源，而是要在時機成熟時，向政策制定者們呈上可行的解決方案。
到底什麼是核聚變？
與轟擊重原子核如鈾或鈽以促成其裂變的方式正相反，核聚變旨在將最輕的原子核進行碰撞，使它們能夠融合在一起，並劇變成更重的元素。這一過程將釋放出大量的核能。這種核反應就是太陽和其他所有恆星的能量源。在這種意義上，核聚變是最原始的「能量之母」，因為我們現在所使用的所有能源都來自太陽，不管是化石能源（來自光合作用），還是更明顯的太陽能和風能等。
數十年的研究和開發已經證明，氫的兩個同位素氘（一個質子、一個中子）和氚（一個質子、兩個中子）是最「有效」的核聚變反應元素。地球上有大量的氘和氚元素，它們可以從鋰中獲得。
氘和氚的聚變反應中，兩個質子和兩個中子聚變成一個氦原子核，並放出一個自由中子。這個過程釋放出巨大的能量。舉個例子，一個筆記本電腦電池中含有的鋰或四十公升水中含有的氘通過核聚變反應所釋放出的能量，相當於一個歐洲人30年消耗的能量。這些能量如果通過火力發電獲得，則需要燃燒40噸煤炭！
要發生聚變反應，原子核必須足夠靠近彼此。為了實現這一點，它們的溫度要升高到（並保持在）約1.5億攝氏度，使原子處於第四狀態——等離子體，氣態物質在極高溫的條件下完全電離，電子已經無法保持在正常的軌道上繞核運轉。
此時核聚變反應就會被觸發，我們通過託卡馬克（一種環狀大電流的約束等離子體實驗裝置），利用磁場將等離子體封閉起來。以這種方式，「燃料」，即氘和氚的原子核以及核聚變的產物氦原子核，都會被密閉於等離子體中。中子不帶電，因此不受周圍磁場作用。中子將在核聚變反應中產生的80%的能量輸送到等離子體的外部，轉化成熱能施於託卡馬克的壁上，在那裡被收集起來。
歐洲擁有世界上最大的託卡馬克 JET (歐洲聯合環, Joint European Torus)，安裝在英國的牛津附近。我很榮幸曾直接負責JET長達七年。這項研究目前保持了核聚變能量輸出的世界紀錄：16兆瓦。
可否具體介紹一下ITER？
其目的是為了證明利用託卡馬克進行磁約束和聚變的科學與技術可行性。JET運行時所消耗能量要遠遠多於所產生的，而ITER則需要證明能夠達到輸出功率是輸入功率10倍以上。換句話說，50兆瓦能量的輸入，用於加熱等離子體之後要產生500兆瓦的輸出。 ITER是有史以來最大的託卡馬克。等離子體的體積將達到840立方米，而目前最大的兩個託卡馬克為100立方米，分別位於歐洲和日本。
到2030年，我們希望能用ITER證明可以「可持續」地生產核聚變能源。在此之後，我們將用第一個原型來試驗無間斷的電力生產，以及在反應堆內利用鋰來生產氚。到2050年，我們將有一個試驗型工業反應堆開機運行。
這是一項極端複雜的工程，不管是從科學和技術角度看，皆是如此。只有大規模的國際合作才能保障其順利實施、執行和足夠的資金投入。從長遠來看，ITER將需要1000個左右的科研、工程和技術人員，而且必須是聚變物理學、等離子體、低溫科學、計算機科學、工程管理、電子學等領域的專家。
在成本方面，據歐盟評估，僅建造階段各參與方就需要各自投入130億歐元和10年以上的時間，而且這也僅僅是個大概。各成員國承擔的實際成本是不同的，根本無法給出一個詳細估計。對於運行階段，計劃需要持續20年來，初步估計（15年前的數字）略低於50億歐元，現在這個數字需要重估，實際數字將大得多。雖然成本巨大，但要與能源採購成本比較來看：目前全球能源市場的年銷售額約為35萬億歐元。
這個組織的運行方式是什麼樣的？
事實上，這是人類有史以來第一個如此大規模的國際科學組織，醞釀了很長時間：首次提出建立一個國際計劃來開發核聚變技術、用「永不枯竭的能源來服務人類」的時間可以追溯到1985年。我們還記得，這一研究領域的解密是在1958年，正是冷戰緊張的時刻，俄羅斯和美國同意公布研究結果……
經過多次峰會、協議籤署、10多年越來越詳細的設計以及最後3年的談判，卡達拉舍終於被選定為修建地點，之後ITER組織迅速擴大。今天，ITER擁有7個合作國家和地區：中國、韓國、美國、歐洲、印度、日本和俄羅斯，代表著35個國家與世界一半以上的人口。每個國家都參與貢獻資金和組件。
ITER的建設進展如何？
進展順利。幾棟已經建成或正在建設中。用於辦公和安置家庭的樓宇已經投入使用。用於安裝託卡馬克的建築需要龐大的地基，特別是要遵守，並組織家庭辦公樓宇的運營。核建築——用來容納託卡馬克——需要龐大的地基，尤其需要達到防震標準，深度達地表以下20米，493個防震樁，每個2米高，這些都已經安裝完成。
託卡馬克自身重達2.3萬噸，如果再加上防震設備、輔助設備和建築本身，總重量為36萬噸。
另外兩個組成建築也已建成。第一座長250米，將用於裝配構成託卡馬克磁體的龐大超導線圈。最大的線圈直徑長達24米，組裝要分成幾個階段，就地安裝。
第二個建築將被用於裝配低溫恆溫器，由印度負責。低溫恆溫器像一個大盒子，用於為超導磁體創造極低溫的絕緣工作環境：零下269攝氏度，僅比絕對零度高4度！施工過程中，用真空分離兩個牆壁，工作原理就像一個Thermos®燒瓶。低溫恆溫器是託卡馬克中最大的組件之一，直徑44米，高27米。低溫恆溫器的各個部位都是不鏽鋼的，由印度製造，然後用船運到法國，再轉陸路到達卡達拉舍，在那裡被組裝與焊接在一起。
對於這樣大的建設項目，需要做那些配套安置工作？
這種規模的項目吸引了眾多的企業和工作人員，他們必須得到妥善安置。我們與附近城鎮的政府和公共機構緊密結合，提供一整套的熱情服務，包括住房、交通、培訓和就業機會。在經濟方面，一些重要國際研究機構的經驗表明，每在組織內增加一個崗位，往往就要提供另外一個附屬性的崗位。所以我們把500多個職位分包給當地企業。有趣的是，PACA（普羅旺斯-阿爾卑斯藍色海岸）地區還建了一所國際學校，接收了來自27個不同國籍的500多名學生，提供從幼兒園一直到大學的教育。
從Berre港口到卡達拉舍之間的交通基礎設施也得到升級，讓超大型卡車（負載高達800噸）得以通過。修路讓當地人意識到ITER計劃有多麼的龐大。
遇到了哪些主要挑戰？
主要是技術。等離子體的隔離就是項艱巨的任務。要進行工業化應用，即利用核聚變技術產生持續的電力供應，必須開發出合適的反應堆內壁材料，能夠長時間承受攜帶著巨大能量的中子的轟擊。
反應堆燃料即反應堆中能觸發核聚變過程的氚的生產，也需要進行縝密的研究。燃料的生產部件將被設計在反應室蓋的內壁上。對於ITER來說，「氚蓋」必須能夠證明它能從鋰中子的對撞中產生氚元素。這樣，核聚變的燃料之一氚就可以在反應室內部產生，只剩下氘和鋰需要從外部注入反應堆。
核聚變產生的廢料該如何處理？
事實上，核聚變的過程不直接產生任何放射性廢料。我們需要做的是正確處理託卡馬克的壁塗層，以使反應壁中由中子轟擊而產生的核放射最小化。這也是為什麼開發出一種「抑制激活」材料的極端重要性所在。我們的目標是被激活的元素生命周期儘可能短——科學上被稱為「半衰期」，以保證用於反應堆的大多數物質能夠在此後的1個世紀內衰變完成。各項研究已經在歐洲展開，合作夥伴也是遍及世界各地。我們已經接受了幾個建議方案，特別是對一種鐵素體不鏽鋼的使用。
你們有考慮這些核設施的維護和拆除嗎？
當然！拆除是開發每一個新項目都必須考慮的重要方面之一。設施的拆除技術職責在法國，因為設施就在法國。我們因此已經參與並堅定承諾在設計和安裝的所有過程中都會考慮拆除的關鍵細節。
ITER的維護在很大程度上是遠程進行的，通過能夠在核輻射環境中操作和移動重達幾噸重部件的機器人來完成。
你認為我們還需要多久才能實現利用核聚變來進行大規模不間斷的能源供應？
首先，到2030年時，我們應該能證明核聚變的科學和技術可行性，以及將產出功率做到輸入功率的10倍以上。但連續的電力供應在目前看來，至少是2050年之後的事情了！這項雄心勃勃的計劃有太多的科學和技術障礙需要逾越。在我看來，這個計劃的難度不亞於將人類送上火星，再把他們安全地送回來。對於這些挑戰不可以掉以輕心。困難一直在那裡，未來也將繼續存在，但我們會克服這些困難。
（蔣相和/翻譯）