可控核聚变：夸父逐日

　　可控核聚变作为一种具有多种优势的理想能源，被寄予了许多期望。在各国协同展开联合研究计划的同时，包括中国在内，有实力的国家都希望在这一领域率先取得突破

　　文/《中国投资》 刘斯斯

　　人类探索更高效更持久更清洁能源的努力从未停止。相比于目前已经进行了较充分利用开发的核裂变能，不少专家认为，可控聚变能代表着更美好的能源未来。

　　谈起可控核聚变，记者采访的核电业内专家认为非常遥远。他开了个玩笑，说记者可能在有生之年都未必能见到这一技术成功应用于发电。他解释说，当前可控核聚变还停留在工程原理阶段，虽然已经可以产生热量，却还不清楚应该如何导出。

　　也有更乐观的看法认为，磁约束核聚变的商用未来并非不可预见。中国国际核聚变能源计划执行中心(以下简称“ITER中心”)副主任罗德隆就曾对媒体表示，他认为这一应用将在本世纪中叶前后成为现实。

　　无论是否遥不可及，世界各国均对这一能源的未来寄予了许多期望。在协同开展ITER计划的同时，包括中国在内，有实力的国家都希望可在这一能源领域抢占先机。

　　理想能源

　　太阳的光与热，其发生原理正是核聚变反应。早在上世纪50年代，人类通过制造氢弹，已经成功实现聚变反应。依靠原子弹爆炸时形成的高温高压，促使热核燃料氘和氚聚合成较重的原子核，从而释放出巨大的能量。

　　与裂变能相比，聚变能具有资源丰富，安全、清洁、高效的优点，基本满足人类对于未来终极能源的种种设想。

　　然而，正因为这一能量的巨大，要使之成为服务人类生产生活的理想能源，必须对剧烈的核聚变反应加以控制。这里所说的“可控核聚变”需要满足两个条件：第一，极高的温度；第二，充分的约束。

　　在摸清原理后，科学家们本以为可以很快实现聚变能的应用。然而经过了几十年，这一研究却并未取得期望的成果。

　　至此，研究者们终于意识到，仅靠一国之力，很难完成这一庞大的实验。由此，ITER计划诞生了。

　　ITER：科学“盛宴”

　　ITER计划的提出可追溯至1985年，其后几经变化，自2003年中国加入、美国重返后，终于在2006年正式签署了有关协定，整个计划从2007年开始进入装置建造阶段。

　　具体来说，ITER将把上亿度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的“磁笼”中，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒。如果成功，这将是人类第一次获得接近电站规模的受控聚变能。

　　从科学研究的角度来讲，这一实验可以探究聚变反应中高温等离子体的特性，学习其约束、加热和能量损失机制等；从工程角度讲，则可以验证ITER装置整体及部件，在50万千瓦聚变功率长时间持续过程中产生的变化及可能出现的问题。

　　在此基础上，聚变能示范电站的设计、建造与运行将成为可能。包括提高功率、聚变反应持续等实验，也将继续进行，并争取尽早建设商用聚变堆。

　　在整个ITER的建设中，中国负责的部分约为10%，其中包括12个采购包制造任务(即实物贡献，制造并提供ITER的装置部件)，以及20%左右的现金投入。

　　8月14日，中国首批ITER部件(包括包层壁、线圈导体等)，在经历了前期的生产资质认证、样品测试等环节后，在合肥正式开工，预计今年年底交付。其中所有部件使用的材料100%为我国自主研发，在全部7个参与国中，仅有两个国家可以做到这样的自主研发生产。

　　罗德隆表示，中国通过参与ITER计划，不仅能够以10%的投入，获得100%的知识产权。更为重要的是，国家将以此为契机，培养、锻炼一支能够掌握和利用这些宝贵知识的人才队伍。

　　中国角逐聚变未来

　　虽然经历了福岛核事故的影响，很多国家并未放弃核电。对于聚焦“未来核能”的ITER计划，各参与国也并未放松。

　　日本核聚变研究所内的相关实验设备在地震中损毁，ITER计划总干事本岛修表示，除非绝对必要，否则并不情愿将日本承担的工作转移到其他成员国。

　　美国也同样。在5月发布的美国能源部2011战略规划中，明确提出要保持国家在清洁能源技术领域的领先定位，并特别提到了支持包括核聚变在内的新技术研究。

　　联合与竞争，在世界可控核聚变研究领域，中国正努力想要走到前列。

　　中国研究磁约束聚变的历史可追溯至上世纪五六十年代，当时的中科院物理所最先建造了一个直线放电装置和两个角向箍缩装置，并于1974年建成了我国第一台托卡马克CT-6。

　　此后不久，中科院等离子体物理研究所成立，并于1995年建成HT-7托卡马克装置。这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置，同时也是全超导托卡马克装置HT-7U(大科学工程EAST)的前身。

　　EAST是我国自主研发设计、非圆截面核聚变实验装置。作为全超导非圆截面托卡马克，其规模比ITER小得多，但二者的等离子体位形及主要的工程技术基础相似。因此，无论从物理基础、工程技术基础还是人才培养上，均为ITER计划做出了前期研究贡献。

　　在加入ITER计划后，中国的核聚变研究水平提升很快，但罗德隆认为，我国在此领域的研究目前仍处于中等水平，还有继续提升的空间。

　　2008年，中国启动了ITER计划国内专项配套研究，至今已经批准立项32个研究项目，涉及聚变堆的概念设计、波加热、聚变材料及相关等离子体理论和实验研究等内容。

　　今年，磁约束聚变堆总体设计组成立，将为全面消化吸收ITER设计技术、掌握聚变堆相关物理和工程关键做出努力，并同时开展我国磁约束聚变堆的总体设计研究。

　　资料

　　当前主流可控核聚变方式介绍

　　目前主要的几种可控核聚变方式有：磁约束核聚变(托卡马克)、激光约束(惯性约束)核聚变、超声波核聚变。

　　其中，磁约束核聚变是利用强磁场约束带电粒子，构造反应腔，建成聚变反应堆，将聚变材料加热至数亿度高温，实现聚变反应。“托卡马克”型磁场约束法，主要利用大电流所产生的强磁场，把等离子体约束在很小范围内实现核聚变。

　　惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内，从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束)，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度(几十亿度)时，小球内气体发生爆炸，并产生大量热能。