人類歷史上最大核聚變項目邁出第一步

    ITER7月28日在法國南部城鎮聖保羅-萊迪朗斯舉行安裝啟動儀式，包括中國在內的合作方的國旗迎風飛揚

　　據外媒7月29日報導，世界上最大國際熱核聚變實驗堆（ITER）7月28日在法國南部城鎮聖保羅-萊迪朗斯舉行安裝啟動儀式，開始了為期5年的組裝階段。英國《衛報》稱，這標誌著這個人類歷史上最大的核聚變項目進入到了新的階段，這一過程完成後，第一個超熱等離子體預計將在2025年底產生。不過，這一項目仍存在一些技術挑戰。 　　

最大的核聚變工程

　　據報導，多個項目參與國代表參與了當日的安裝啟動儀式。ITER是中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等國的合作項目，耗資約200億歐元（約合人民幣1640億元），由成員分攤建設成本，作為國際熱核聚變實驗堆的「東道國」，歐洲承擔了45%的建造費用，包括俄羅斯在內的其他國家各承擔9%。

　　ITER項目將模擬太陽產生能量的核聚變過程，展示核聚變能量可以用於商業。《衛報》報導稱，該核聚變裝置包含數百萬個零件，或重達2.3萬噸，是人類歷史上迄今為止最大的核聚變工程。該裝置還具有近3000公噸重的超導磁體，由超導電纜連接。

　　此次啟動的是「託卡馬克」（tokamak）裝置的安裝工程。是目前利用氫的同位素——氘與氚，進行可控熱核聚變的主流裝置。託卡馬克有「人造太陽」之稱，這是一種利用磁約束實現受控核聚變的環形裝置。其中央是一個環形真空，外面圍繞著線圈。通電時內部會產生巨大螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，以達到受控核聚變的目的。

　　ITER組織總幹事貝爾納·比戈說，核聚變能量和可再生能源一道，將使交通、建築和工業等能夠依靠電力運行。 　

　大膽構思由來已久

　　據報導，ITER項目將是第一個實現「燃燒」或自加熱等離子體的項目，預計將產生10倍於投入的熱量，遠遠超過以往的嘗試。在運行過程中，它還將使用大量電能為磁體和科學儀器提供動力，《衛報》稱，該項目的目的是為大規模核聚變進行概念驗證，而不是為了未來的商業用途。

　　而這一「種太陽」的構思由來已久。據卡達半島電視臺報導，1985年，美國總統裡根和蘇聯領導人戈巴契夫在一次峰會上首次提出了探索該技術的聯合項目，目的是「為了全人類的利益，將受控熱核聚變技術用於和平目的」。而多年以後，這一項目才真正開始。

　　根據英國廣播公司（BBC）的說法，這一組裝過程完成後，該設施將能夠開始產生聚變能量所需的超熱等離子體，第一個超熱等離子體預計將在2025年底產生。

　　法國總統馬克龍當日在視頻致辭中表示，此舉將促使各國圍繞共同利益團結起來。馬克龍說：「歷史上最偉大的進步總是來自大膽的賭注，來自充滿困難的旅程。」「ITER具有發現精神和雄心壯志，以及一種理念：多虧科學，明天可能確實會比昨天更好。」 　

　外界寄予較高期待

　　與核裂變原理不同，核聚變通過兩種輕元素結合成一種重元素，其中釋放出大量能量，且放射性很低。實現受控的核聚變反應產生的淨能量，讓外界十分期待，尤其是在氣候危機令人焦慮的當下，核聚變反應產生大量清潔能源，被外界寄予較高期待。

　　那麼，這能否成為未來可以廣泛利用的一種能量？

　　有支持者說，核聚變反應值得投入資金和努力，其有望帶來清潔、「取之不盡用之不竭」的能源，有助於應對氣候危機。支持者們也相信，ITER項目能夠克服技術障礙。

　　但也有人對此持懷疑態度。多年以來，科學家們一直對相關領域進行研究，將核聚變反應商業化仍存不小的困難。而ITER項目也面臨著不少挑戰，比如託卡馬克主要部件的尺寸和重量問題、製造商眾多、建設時間緊迫等。

　　目前，ITER被廣泛認為是最先進和最實用的核聚變反應項目，與此同時，也有不少公司正對這一領域進行積極探索。英國原子能管理局執行長伊恩·查普曼稱，「這個項目正處於非常令人興奮的階段。」「我們轉向使用核聚變是為了改變世界——在為子孫後代提供清潔能源方面發揮巨大作用。我們希望在五年內看到第一個等離子體，不過，其他一些部件也需要進行進一步的組裝……儘管如此，它仍在商業規模展示核聚變的道路上樹立了裡程碑。」

　　綜合新華社、中新、中廣報導 　

　■科普
　　什麼是熱核聚變？

　　核聚變是太陽和恆星的能量來源。在這些星體核心的巨大熱量和重力下，氫原子核相互碰撞，聚合成更重的氦原子，並在此過程中釋放出大量能量。20世紀的聚變科學確定了實驗室環境中最有效的核聚變反應是兩個氫同位素氘和氚之間的反應。在實驗室中實現聚變必須滿足3個條件：極高的溫度、足夠的等離子體粒子密度以及足夠的限制時間。在託卡馬克裝置內部，在極高的熱量和壓力的影響下，氣態氫燃料變成了等離子體，該環境為氫原子發生核聚變並產生能量創造了條件。 　 

 為何寄望核聚變？

　　該計劃承載著人類和平利用核聚變能的美好願望，旨在模擬太陽發光發熱的核聚變過程，探索核聚變技術商業化的可行性，對於從根本上解決人類共同面臨的能源問題、環境問題和社會可持續發展問題具有重大意義。

　　ITER不會發電，但是它將解決關鍵的科學和技術問題，被視為「當今專注於等離子體物理研究的核聚變機器和明天的核聚變電廠之間的實驗步驟」。  

　 什麼是託卡馬克？

　　託卡馬克是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形裝置。它的中央是一個環形真空，外面圍繞著線圈。通電時其內部會產生巨大螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，以達到受控核聚變的目的。

　　術語「託卡馬克」來自俄語首字母縮寫，指的是「帶有電磁線圈的環形真空室」。託卡馬克由蘇聯研究機構在20世紀60年代末首次開發出來，如今已在世界範圍內被採用，成為最有前景的磁約束核聚變裝置。ITER計劃的託卡馬克裝置將成為世界上最大的託卡馬克裝置，其體積是目前運行的最大託卡馬克裝置的兩倍，其等離子體反應室容積也是其10倍。 　

　未來將如何發展？

　　近幾年，高溫超導的產業化發展迅速。不僅美、日、德有多家企業，國內，上海超導和蘇州新材料研究所都已研製成功千米級二代高溫超導帶狀導線並實現了商業化銷售。但目前價格還比較貴。高溫超導線圈的成本比低溫超導線圈高了一個數量級。但因為高溫超導有廣泛的應用領域，如直流輸電、超導磁懸浮列車、超導電機、超導發電機、超導變壓器、超導故障電流限制器、超導電纜，以及高磁場核磁共振成像NMR/磁共振成像MRI等，市場需求潛力巨大。

　　考慮到目前高溫超導線圈的技術水平和成本，比較適合建造小型的託卡馬克、仿星器或磁鏡等穩態磁約束聚變實驗裝置，瞄準穩態運行目標，並及時啟動高溫超導聚變堆設計的國家計劃。未來10年，隨著高溫超導產業化的發展和成本的降低，用高溫超導線圈建造聚變堆將變得現實。