128億歐元「人造太陽」：極簡核能發展史
2020-08-04 逸史雜談
7月28日，「人造太陽」國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式在法國南部卡達拉舍舉行。
這個項目總成本預計128億歐元，堪稱本世紀最雄心勃勃的能源科技合作項目。而參與的中國的企業和科研人員，也為這一項目的順利推進貢獻出了自己的力量。
「人造太陽」是可控核聚變裝置的俗稱。在「可控核能」技術出現之前，人類早就開始利用核能了，一直可以追溯到人類誕生之初。
雖然那時候……大家還不太清楚「核能」是個啥玩意。
不信？請抬頭看看太陽。地球生物圈利用的太陽能，都來太陽內部的核反應區。
什麼是核能
核能，也叫原子能。是通過核反應從原子核釋放的能量。
核反應還不止一種：
較重的原子核分裂釋放能量的反應，叫核裂變。這種核反應，是原子彈、核能發電站的能量來源。
較輕的原子核聚合在一起釋放能量的反應，叫核聚變。這種核反應，是氫彈、太陽內部，以及「人造太陽」的能量來源。
還有一種原子核自發衰變釋放能量的反應，叫核衰變。這種核反應的過程中，原子核自發射出某種粒子，也就是有「放射性」。
總之，一種原子核通過「聚變」、「裂變」或是「衰變」的方式，變成另一種原子核，同時釋放大量能量。
大量能量是多大量啊？
一塊手機大小的核燃料爆炸的能量，抵得上3000萬噸煤，或者2萬噸TNT炸藥。
早知道這玩意這麼厲害，當年普羅米修斯還上天盜什麼火啊，偷點核能技術回來多好。
發現原子
說好的火呢？啥玩意，你說原子能比火厲害一百倍？誰是原子啊？看不見？裡面還有個核？你才是原子組成的，你全家都是原子組成的！騙誰呢，打他丫的！
普羅米修斯，卒。
科學發展不到位，普羅米修斯就算偷回來核能技術，大家也看不懂啊。
原子論思想，在公元前就出現了。古希臘哲學家德謨克立特認為，萬物的本原是原子和虛空。原子是不可再分的最小物質微粒，虛空是原子運動的場所。萬事萬物的組成基礎，都是原子。
說的再好聽，這也不過是一種哲學學說，無法驗證。
19世紀，英國化學家道爾頓提出了化學原子論，還找到了測量原子量的方法。雖然原子看不見，但可以通過其他辦法間接證明嘛。
1869年，俄國科學家門捷列夫發表了第一代元素周期表。一開始他沒少被群嘲，但當人們一個一個發現了周期表預言的新元素之後……我們的考試，又增加了不少考點。
後來，人們對於原子的認識，又有了新突破：
原子，可以繼續分割。
在化學反應中，原子是不可再分的基本微粒，但物理狀態下，還可以再分呀。
實驗證明，原子會附著在通電溶液的正負兩極，說明原子帶電荷。而且，電荷有固定的單位。物理學家湯姆森把這種電荷單位，叫做電子。
原子裡還有什麼奧秘呢？
20世紀初，原子又帶來了新驚喜：放射性。
放射性物質
1895年，物理學家倫琴做實驗的時候，發現一些膠片偷偷摸摸曝光了。
這些膠片用黑紙覆蓋，還放在了電子射線達不到的地方。到底是怎麼曝光的呢？倫琴實在好奇，忍不住研究了一下。他發現，這種射線可以穿過實心的物體，比如人手。
倫琴給這種射線取名：X射線。作為試驗品，他的老婆有幸成為史上第一個照X射線片的人。
不過，很久之後人們才發現，過量的輻射對人體有害，比如導致白血病。
而法國的一對夫妻，也因為類似的研究，成為長期佔據教科書的人物：居裡夫婦。
在提純鈾的過程中，他們發現了新元素釙和鐳。它們都有放射性。
這些新發現，引發了科學家們持續的深入研究，而且逐漸應用到了醫療、年代測定等領域。
天然的放射性元素很少，有沒有可能人為製造呢？人們能否製造出可控的核反應呢？
原子彈
20世紀30年代末，隨著對放射性元素的持續研究，科學家已經發現了人為製造核裂變炸彈的方法。
難點在於，如何控制它。因為裂變帶來的鏈式反應威力太過巨大了。
在二戰爆發的背景下，各國達成共識：原子彈不能讓對手先研製成功。
1942年6月，美國開始實施利用核裂變反應來研製原子彈的「曼哈頓計劃」。1945年7月16日成功地進行了世界上第一次核爆炸。
試爆成功後，「原子彈之父」，曼哈頓計劃的領導者奧本海默想到了印度經典《摩訶婆羅多》中的一句話：
「漫天奇光異彩，猶如聖靈逞威，祇有千隻太陽，始能與它爭輝。」
還有《薄伽梵歌》中的另一句話：
「現在，我成了死神，成了可以摧毀世界的人。」
試爆成功20天後，1945年8月6日，原子彈「小男孩」在日本廣島爆炸；1945年8月9日，原子彈「胖子」被投放至長崎市中心。
摧毀了數十萬人的世界。
核能的未來
1964年，中國第一顆原子彈爆炸成功；1967年，中國第一顆氫彈爆炸成功。二者區別在於，原子彈是裂變武器，而氫彈是聚變武器。
20世紀80年代中期，我國開始建設核電站。1985年，中國自行設計、建造和運營管理的第一座核電站秦山核電站開工，1994年商業運行。我國成為全球第7個能自行設計建造核電機組的國家。
如今，人們擁有核武器，也見證了使用核武器的後果；用上了核能發電，也曾經歷過核洩漏的事故。
核電站利用的，是核裂變的能量。裂變反應的廢料具有很高的放射性，需要幾百上千年的安全儲存。這也引發了人們對於洩露事故的擔憂。
相比之下，核聚變過程中雖然也會產生放射性，但不會直接產生核廢料，相比核裂變要更加安全。
人們能否利用可控核聚變呢？
「人造太陽」項目正是對於可控核聚變的探索。
要產生核聚變，對於溫度的要求極高。太陽內部的核聚變，溫度達到1500萬℃，而人類想要在地球上利用核聚變，對溫度要求比太陽大得多，需要達到1億℃以上。因為地球上無法提供太陽內部的巨大壓力，需要用更高的溫度來彌補。
這樣的項目，對於任何一個國家來說都是難題。因此，2006年，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國共七方籤署了ITER計劃的《聯合實施協議》，計劃在法國共同建造一個世界上最大的超導託卡馬克實驗反應堆。
一旦掌握可控核聚變技術，人類可以說是實現了「能源自由」。核聚變燃料氘在地球上的儲量十分豐富，科學家認為可供地球使用上百億年。
如果「人造太陽」實現最終目標，那麼只需要250千克的氘和氚（氫的兩種同位素），就可以提供燃煤發電站大約275萬噸煤所提供的能量。
當然，安全性仍然是大家關注的重要問題。同時，對於其他可能實現的聚變方法，如冷聚變等，也正在研究當中。
對於未來的能源解決方案，人們從未停止探索。
小結
人類不是「發明」了技術，而是「發現」了技術。
無論人類是否發現、是否利用核能，都無法將「核反應」從世界上抹去。我們該思考的，是如何和平使用核能，如何安全控制核能。
我們不知道什麼時候才能看到真正的「人造太陽」，或許還需要幾十年，甚至更久。世界各地的科研人員，都在不懈努力。
對此，中國工程院院士李建剛堅信：「在我的有生之年，一定有一盞燈能被聚變之能點亮。這一盞燈，一定要，也只能在中國。」
P.S. 篇幅有限，只能簡要介紹一下核能的發展歷程。對歷史文化感興趣的小夥伴可以關注雜談菌，咱們慢慢詳聊呀~
參考資料：
《耶魯極簡科學史》威廉·拜納姆
《BBC世界史》安德魯·瑪爾
《科學的歷程》吳國盛
《你一定愛讀的極簡未來史》克里斯多福·巴納特
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