信息時報
 


圖為：熱核反應堆的結構裝置究竟有多大？

圖為：“國際熱核實驗堆”計劃(ITER)的宣傳海報：“為了下一代有能源可用
，我們需要熱核能。”
　　此“太陽”天上無
，地上有。

　　自從第一次石油危機以來，世界各國競相發展節能技術，但是人類目前可利用的能源資源畢竟有限
，主要能源將在未來幾十年至100多(duo)年(nian)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)枯(ku)竭(jie)。今(jin)後(hou)幾(ji)十(shi)年(nian)裏(li)，世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)為(wei)爭(zheng)奪(duo)石(shi)油(you)資(zi)源(yuan)將(jiang)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)發(fa)生(sheng)國(guo)家(jia)間(jian)的(de)衝(chong)突(tu)乃(nai)至(zhi)戰(zhan)爭(zheng)，最(zui)近(jin)的(de)伊(yi)拉(la)克(ke)戰(zhan)爭(zheng)就(jiu)是(shi)爭(zheng)奪(duo)石(shi)油(you)資(zi)源(yuan)最(zui)好(hao)的(de)例(li)子(zi)。同(tong)時(shi)傳(chuan)統(tong)能(neng)源(yuan)還(hai)會(hui)帶(dai)來(lai)環(huan)境(jing)問(wen)題(ti)，如(ru)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)的(de)增(zeng)加(jia)可(ke)引(yin)起(qi)氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)等(deng)。
而核電站放射性物質泄漏事故，核燃料埋藏處理等終究會給人來帶來隱患。

　　最近，由中國
、美國
、歐盟、日本
、俄羅斯、韓國參加的國際熱核反應堆合作計劃(ITER)因其最終選址問題再次引起了人們的興趣。這個被稱為人造太陽的熱核反應堆，不僅因為1.3萬億日元的巨大投資引起了人們極大的關注，更因為如能在未來50年內開發成功
，將在很大程度上改變目前世界能源格局，使人類今後將擁有取之不盡、用之不竭的清潔能源。

　　來自太陽的靈感

　　太tai陽yang
，高gao懸xuan九jiu天tian之zhi上shang
，溫wen暖nuan而er燦can爛lan。其qi永yong恒heng放fang射she的de萬wan丈zhang光guang焰yan自zi古gu幻huan為wei我wo們men祖zu先xian崇chong拜bai的de圖tu騰teng，大da腦nao中zhong揮hui之zhi不bu去qu的de謎mi團tuan。鬥dou轉zhuan星xing移yi，滄cang海hai桑sang田tian，直zhi到dao19世紀末

，放射性研究的開啟才真正將人類引領到太陽迷宮的門外
，而核聚變的發現終於使人類喊出了那一聲響亮的“芝麻開門”。

　　最初，劍橋卡文迪許實驗室的英國化學家和物理學家阿斯頓，在用自己創製的攝譜儀從事同位素研究時發現，氦-4質量比組成氦的4個氫原子質量之和大約小1%左右。1929nian，yingguodeetejinsenheaodilideaotesimanlianhezhuanwen，zhengmingqingyuanzijubianweihaidekenengxing，bingrenweitaiyangnaqianqiupenbodeguangyurejieyuanzizhezhongqinghejubianfanying。

　　隨(sui)後(hou)的(de)研(yan)究(jiu)證(zheng)實(shi)
，太(tai)陽(yang)發(fa)出(chu)的(de)能(neng)量(liang)來(lai)自(zi)組(zu)成(cheng)太(tai)陽(yang)的(de)無(wu)數(shu)的(de)氫(qing)原(yuan)子(zi)核(he)。在(zai)太(tai)陽(yang)中(zhong)心(xin)的(de)超(chao)高(gao)溫(wen)和(he)超(chao)高(gao)壓(ya)下(xia)，這(zhe)些(xie)氫(qing)原(yuan)子(zi)核(he)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)

，發(fa)生(sheng)核(he)聚(ju)變(bian)，結(jie)合(he)成(cheng)較(jiao)重(zhong)的(de)氦(hai)原(yuan)子(zi)核(he)，同(tong)時(shi)釋(shi)放(fang)出(chu)巨(ju)大(da)的(de)光(guang)和(he)熱(re)。於(yu)是(shi)
，科(ke)學(xue)家(jia)設(she)想(xiang)，如(ru)果(guo)實(shi)現(xian)人(ren)工(gong)控(kong)製(zhi)下(xia)氫(qing)元(yuan)素(su)的(de)核(he)聚(ju)變(bian)反(fan)應(ying)即(ji)受(shou)控(kong)熱(re)核(he)反(fan)應(ying)
，那(na)麼(me)在(zai)地(di)球(qiu)上(shang)同(tong)樣(yang)可(ke)以(yi)創(chuang)造(zao)出(chu)一(yi)個(ge)個(ge)具(ju)有(you)不(bu)竭(jie)能(neng)量(liang)的(de)人(ren)造(zao)太(tai)陽(yang)。

　　在地球上造太陽並非科學狂人的瘋狂之舉，而是人類自身生存的必需。200年之內，石油、煤
、天然氣資源均麵臨枯竭的危險。20世shi紀ji後hou半ban葉ye，核he能neng利li用yong出chu現xian熱re潮chao，各ge種zhong類lei型xing的de核he電dian站zhan在zai世shi界jie範fan圍wei內nei得de到dao了le異yi常chang迅xun速su的de發fa展zhan。但dan目mu前qian所suo有you核he電dian站zhan的de原yuan理li，都dou是shi利li用yong鈾you等deng大da原yuan子zi量liang的de重zhong元yuan素su原yuan子zi核he的de裂lie變bian，來lai釋shi放fang巨ju大da能neng量liang的de。且qie不bu說shuo這zhe種zhong類lei型xing的de裂lie變bian電dian站zhan引yin發fa的de核he汙wu染ran噩e夢meng與yu之zhi創chuang造zao的de能neng量liang同tong樣yang觸chu目mu驚jing心xin，單dan就jiu其qi主zhu要yao原yuan料liao鈾you而er言yan
，地di球qiu的de儲chu量liang也ye僅jin夠gou維wei持chi數shu百bai年nian之zhi用yong。

　　因(yin)此(ci)

，人(ren)類(lei)不(bu)得(de)不(bu)再(zai)次(ci)將(jiang)索(suo)求(qiu)的(de)目(mu)光(guang)投(tou)向(xiang)太(tai)陽(yang)，並(bing)將(jiang)最(zui)終(zhong)解(jie)決(jue)能(neng)源(yuan)需(xu)求(qiu)的(de)希(xi)望(wang)寄(ji)托(tuo)於(yu)受(shou)控(kong)核(he)聚(ju)變(bian)的(de)實(shi)現(xian)和(he)推(tui)廣(guang)，試(shi)圖(tu)建(jian)設(she)利(li)用(yong)氫(qing)的(de)同(tong)位(wei)素(su)氘(dao)和(he)氚(chuan)的(de)原(yuan)子(zi)核(he)實(shi)現(xian)核(he)聚(ju)變(bian)的(de)熱(re)核(he)反(fan)應(ying)堆(dui)。

　　熱核聚變所用的重要核燃料是氘。一座100萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘量隻需304千克。據測，每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油，就是說
，“1升海水約等於300升汽油”。地球上海水中有45萬億噸氘，足夠人類使用60億年。

　　更為可貴的是核聚變反應中幾乎不存在放射性汙染，無需擔憂失控，不會發生爆炸
，是一種真正無限、清潔
、成本低廉和安全可靠的新能源。

　　其實，人類早已實現了氘氚核聚變———氫(qing)彈(dan)爆(bao)炸(zha)，但(dan)那(na)種(zhong)不(bu)可(ke)控(kong)製(zhi)的(de)瞬(shun)間(jian)能(neng)量(liang)釋(shi)放(fang)隻(zhi)會(hui)給(gei)人(ren)類(lei)帶(dai)來(lai)災(zai)難(nan)，而(er)馴(xun)服(fu)核(he)能(neng)
，使(shi)核(he)聚(ju)變(bian)在(zai)人(ren)為(wei)控(kong)製(zhi)下(xia)為(wei)人(ren)類(lei)服(fu)務(wu)卻(que)是(shi)件(jian)異(yi)常(chang)艱(jian)難(nan)的(de)事(shi)。時(shi)至(zhi)今(jin)日(ri)，人(ren)們(men)越(yue)來(lai)越(yue)清(qing)醒(xing)地(di)認(ren)識(shi)到(dao)
，受(shou)控(kong)核(he)聚(ju)變(bian)實(shi)現(xian)之(zhi)日(ri)方(fang)是(shi)我(wo)們(men)真(zhen)正(zheng)擺(bai)脫(tuo)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)之(zhi)時(shi)。

　　人造幾億攝氏度高溫

　　早在1938年，人們就發現了核聚變。然而，距1942年第一座核裂變反應堆建成已半個多世紀了
，受控聚變還是遲遲沒有實現有益的能量輸出。

　　如此舉步維艱的根本原因
，是輕元素原子核的聚合遠比重元素原子核的分裂困難得多。

　　都(dou)帶(dai)正(zheng)電(dian)的(de)原(yuan)子(zi)核(he)間(jian)既(ji)彼(bi)此(ci)吸(xi)引(yin)又(you)互(hu)相(xiang)排(pai)斥(chi)
，當(dang)兩(liang)個(ge)原(yuan)子(zi)核(he)之(zhi)間(jian)相(xiang)距(ju)隻(zhi)有(you)約(yue)萬(wan)億(yi)分(fen)之(zhi)三(san)毫(hao)米(mi)時(shi)
，它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)吸(xi)引(yin)力(li)才(cai)會(hui)大(da)於(yu)靜(jing)電(dian)斥(chi)力(li)，兩(liang)個(ge)原(yuan)子(zi)核(he)也(ye)才(cai)可(ke)能(neng)聚(ju)合(he)到(dao)一(yi)起(qi)同(tong)時(shi)釋(shi)放(fang)出(chu)巨(ju)大(da)的(de)能(neng)量(liang)。而(er)滿(man)足(zu)這(zhe)樣(yang)的(de)條(tiao)件(jian)需(xu)要(yao)的(de)是(shi)幾(ji)千(qian)萬(wan)甚(shen)至(zhi)幾(ji)億(yi)攝(she)氏(shi)度(du)的(de)高(gao)溫(wen)。

　　人(ren)類(lei)要(yao)和(he)平(ping)利(li)用(yong)核(he)聚(ju)變(bian)，必(bi)須(xu)是(shi)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)的(de)聚(ju)變(bian)過(guo)程(cheng)。比(bi)較(jiao)切(qie)實(shi)可(ke)行(xing)的(de)控(kong)製(zhi)辦(ban)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)核(he)聚(ju)變(bian)燃(ran)料(liao)的(de)加(jia)入(ru)速(su)度(du)及(ji)每(mei)一(yi)次(ci)的(de)加(jia)入(ru)量(liang)
，使(shi)核(he)聚(ju)變(bian)反(fan)應(ying)按(an)一(yi)定(ding)的(de)規(gui)模(mo)連(lian)續(xu)或(huo)有(you)節(jie)奏(zou)地(di)進(jin)行(xing)。因(yin)此(ci)，核(he)聚(ju)變(bian)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)氣(qi)體(ti)密(mi)度(du)要(yao)很(hen)低(di)


，隻(zhi)能(neng)相(xiang)當(dang)於(yu)常(chang)溫(wen)常(chang)壓(ya)下(xia)氣(qi)體(ti)密(mi)度(du)的(de)幾(ji)萬(wan)分(fen)之(zhi)一(yi)，而(er)且(qie)對(dui)能(neng)量(liang)的(de)約(yue)束(shu)也(ye)要(yao)有(you)足(zu)夠(gou)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，我(wo)們(men)無(wu)法(fa)簡(jian)單(dan)模(mo)擬(ni)太(tai)陽(yang)中(zhong)心(xin)那(na)樣(yang)高(gao)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)密(mi)度(du)和(he)上(shang)億(yi)的(de)溫(wen)度(du)，隻(zhi)有(you)追(zhui)求(qiu)比(bi)太(tai)陽(yang)中(zhong)心(xin)更(geng)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)來(lai)解(jie)決(jue)碰(peng)撞(zhuang)幾(ji)率(lv)問(wen)題(ti)。創(chuang)造(zao)這(zhe)樣(yang)苛(ke)刻(ke)的(de)環(huan)境(jing)在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)的(de)難(nan)度(du)就(jiu)可(ke)想(xiang)而(er)知(zhi)。還(hai)有(you)，超(chao)高(gao)溫(wen)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)，有(you)強(qiang)烈(lie)地(di)向(xiang)外(wai)擴(kuo)張(zhang)的(de)特(te)性(xing)，必(bi)須(xu)有(you)極(ji)強(qiang)的(de)磁(ci)場(chang)來(lai)約(yue)束(shu)住(zhu)它(ta)們(men)，絕(jue)對(dui)不(bu)讓(rang)它(ta)們(men)與(yu)四(si)周(zhou)容(rong)器(qi)壁(bi)接(jie)觸(chu)
，試(shi)想(xiang)，怎(zen)樣(yang)的(de)材(cai)料(liao)才(cai)能(neng)裝(zhuang)進(jin)“太陽”而不自身化為烏有？

　　20世shi紀ji下xia半ban葉ye，聚ju變bian能neng的de研yan究jiu取qu得de了le重zhong大da的de進jin展zhan，而er托tuo卡ka馬ma克ke類lei型xing的de磁ci約yue束shu研yan究jiu更geng是shi一yi路lu領ling先xian
，並bing成cheng為wei世shi界jie上shang第di一yi座zuo熱re核he反fan應ying堆dui的de設she計ji基ji礎chu。

　　製成能裝“太陽”的容器

　　這個能將幾千萬、幾億攝氏度高溫的聚變物質———人造太陽

，置入其中的托卡馬克究竟身為何物？

　　托卡馬克(TOKAMAK)在俄語中是“環形”、“真空”、“磁”、“線圈”幾個詞的組合，即環流磁真空室的縮寫。

　　曾因成功解釋切倫科夫輻射現象獲1958年諾貝爾物理學獎的蘇聯著名物理學家塔姆，早在20世紀50年代初

，就提出了用環形強磁場約束高溫等離子體的設想。

　　他ta認ren為wei，把ba強qiang電dian流liu產chan生sheng的de極ji向xiang磁ci場chang與yu環huan形xing磁ci場chang相xiang結jie合he
，可ke望wang實shi現xian高gao溫wen等deng離li子zi體ti的de磁ci約yue束shu。受shou這zhe一yi思si想xiang的de啟qi發fa，前qian蘇su聯lian物wu理li學xue家jia阿e奇qi莫mo維wei奇qi開kai始shi了le這zhe一yi裝zhuang置zhi的de研yan究jiu。最zui初chu，他ta們men在zai環huan形xing陶tao瓷ci真zhen空kong室shi外wai套tao多duo匝za線xian圈quan，利li用yong電dian容rong器qi放fang電dian使shi真zhen空kong室shi形xing成cheng環huan形xing磁ci場chang。與yu此ci同tong時shi
，用yong變bian壓ya器qi放fang電dian，使shi等deng離li子zi體ti電dian流liu產chan生sheng極ji向xiang磁ci場chang。後hou來lai又you利li用yong不bu鏽xiu鋼gang真zhen空kong室shi代dai替ti陶tao瓷ci真zhen空kong室shi
，還hai改gai進jin了le線xian圈quan的de工gong藝yi，增zeng加jia了le匝za數shu
，改gai進jin了le磁ci場chang位wei形xing，最zui後hou成cheng功gong地di建jian成cheng了le一yi個ge高gao溫wen等deng離li子zi體ti磁ci約yue束shu裝zhuang置zhi。阿e奇qi莫mo維wei奇qi將jiang這zhe一yi形xing如ru麵mian包bao圈quan的de環huan形xing容rong器qi命ming名ming為wei托tuo卡ka馬ma克ke。

　　具有奇特旋轉磁場位形的托卡馬克的出現，使受控核聚變研究取得了重大的進展。自20世紀70年代起，世界範圍內掀起了托卡馬克的研究熱潮。美

、歐、日、蘇建造了四個大型托卡馬克

，中國科學院物理所繼第一台小型托卡馬克CT-6於1975年投入運行後
，1984年6月
，又建成了中國環流1號(HL-1)。2002年12月，中國環流器2號A
，在成都核工業西南物理研究院建成並投入運行。

　　目前，全世界有30多個國家及地區開展了核聚變研究，運行的托卡馬克裝置至少有幾十個。

　　毋庸諱言，ITERjihuahaichuyuchoubeiyuqibujieduan，yaowangtaiyangtengkongzhichuyijiushicengdiequnshan。danshi，yingjietiaozhanshirenleijinbudezhongyaoyuandongli。womenyouliyouxiangxin，buyuandejianglai，shijiegeguodejubianjingyingdinghuibufushiming
，zaituokamakezhizhongbianchugetaiyanggeinikan。