北京時間10月26日消息
，據英國《新科學家》雜誌網站報道，目前在法國南部卡達拉舍“國際熱核聚變實驗反應堆”建(jian)設(she)工(gong)程(cheng)正(zheng)在(zai)如(ru)火(huo)如(ru)荼(tu)地(di)進(jin)行(xing)著(zhe)。幾(ji)十(shi)位(wei)來(lai)自(zi)世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)的(de)最(zui)頂(ding)尖(jian)核(he)能(neng)科(ke)學(xue)家(jia)彙(hui)聚(ju)法(fa)國(guo)，組(zu)成(cheng)實(shi)力(li)強(qiang)勁(jin)的(de)國(guo)際(ji)科(ke)研(yan)團(tuan)隊(dui)，緊(jin)鑼(luo)密(mi)鼓(gu)地(di)開(kai)展(zhan)工(gong)作(zuo)，計(ji)劃(hua)到(dao)2018年製造出一個“人造太陽”。

　　    zheyirehejubianshiyanfanyingduijianghuiliyongqingdeliangzhongzhongtongweisudaohechuanlaichanshengdaliangnengyuan，lilunshangjiangweirenleitigongfengfudeqingjienengyuan
，bujinhuishixiantandelingpaifang，erqiechanshengdefushexingfeiwubidangqiandeheliebianfanyingduiyaoshaoxuduo。

　　一、核聚變能源前景無限

　　核聚變同核裂變不同，核裂變是一個重原子核分裂成幾個輕原子核的過程，核聚變是幾個輕原子核聚合為質量更重的原子核的過程。 目前世界上的核電站都是通過核裂變方式製造電能的，但是核聚變比核裂變能產生更多能量
，而且更高效
、清潔。最常見的核聚變是由氫的同位素氘和氚聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。

　　核聚變有著誘人的前景。地球上蘊藏著豐富的核聚變原料。據測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經過核聚變可提供相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍
，可以說是取之不竭的能源。如果把自然界中的氘用於聚變反應，釋放的能量足夠人類使用100億年。至於氚，雖然自然界中不存在


，但靠中子同鋰作用可以產生，而海水中也含有大量鋰。

　　其實早在約100年前，世界著名物理學家愛因斯坦就預見到在原子核中蘊藏著巨大的能量。1939年，美國物理學家貝特證實

，一個氘原子核和一個氚原子核碰撞，結合成一個氦原子核，並釋放出一個中子和17.6兆電子伏特的能量。這個發現，揭示了太陽“燃燒”的奧秘。

　　於是
，製造一個裝置，通過受控熱核聚變反應獲得無窮盡的新能源
，成為全世界許多科學家的夢想。“這就相當於人類為自己製造一個或數個小太陽
，源源不斷從核聚變中得到能量。”

　　國際熱核實驗反應堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)計劃也被稱為“人造太陽”計劃，由歐盟
、中國、美國
、日本、韓國、俄羅斯和印度等7方共同參與，與國際空間站、歐洲大型強子對撞機、人ren類lei基ji因yin組zu計ji劃hua一yi樣yang
，是shi一yi個ge龐pang大da的de國guo際ji科ke技ji合he作zuo項xiang目mu，需xu要yao多duo國guo科ke學xue家jia合he作zuo才cai能neng完wan成cheng。其qi目mu的de是shi借jie助zhu氫qing同tong位wei素su在zai高gao溫wen下xia發fa生sheng核he聚ju變bian來lai獲huo取qu豐feng富fu的de能neng源yuan。其qi原yuan理li類lei似si太tai陽yang發fa光guang發fa熱re，即ji在zai上shang億yi攝she氏shi度du的de超chao高gao溫wen條tiao件jian下xia，利li用yong氘dao、chuandejubianfanyingshifangchuheneng。hejubianranliaodaohechuankeyiconghaishuizhongtiqu，hejubianfanyingbuchanshengwenshiqitijihefeiliao。youyuyuanliaoquzhibujin
，buhuiweihaihuanjing，zheyijihuadeshishijieguojiangjuedingrenleinengfouxunsudi、大規模地使用核聚變能，從而可能影響人類從根本上解決能源問題的進程，因此，意義和影響十分重大。

　　專家認為，在核聚變反應堆裏，氘、氚(chuan)等(deng)原(yuan)子(zi)聚(ju)合(he)後(hou)
，變(bian)成(cheng)更(geng)重(zhong)的(de)原(yuan)子(zi)。這(zhe)和(he)通(tong)過(guo)分(fen)裂(lie)而(er)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)的(de)核(he)裂(lie)變(bian)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)，人(ren)們(men)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)許(xu)多(duo)實(shi)驗(yan)來(lai)了(le)解(jie)有(you)關(guan)反(fan)應(ying)的(de)特(te)性(xing)。此(ci)外(wai)，要(yao)在(zai)地(di)球(qiu)上(shang)使(shi)用(yong)受(shou)控(kong)的(de)核(he)聚(ju)變(bian)反(fan)應(ying)堆(dui)

，就(jiu)必(bi)須(xu)把(ba)氣(qi)體(ti)加(jia)熱(re)到(dao)超(chao)過(guo)1億攝氏度。這在工程和材料上的挑戰將非常艱巨，據了解，要建造這一“人造太陽”
，需要成千上萬噸的混凝土和鋼鐵
，而且還需要多種罕見的物質
，比如鈹
、铌、鈦tai和he鎢wu
，以yi及ji低di溫wen液ye氮dan和he液ye態tai氦hai。當dang然ran
，最zui為wei關guan鍵jian的de是shi，還hai需xu要yao大da量liang核he燃ran料liao。所suo有you這zhe些xie原yuan料liao最zui終zhong將jiang會hui製zhi造zao出chu國guo際ji熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui

，從cong而er在zai熱re核he聚ju變bian領ling域yu取qu得de重zhong大da突tu破po。

　　二、核聚變難度堪比登天

　　人造太陽的前景如此美好，那麼為什麼我們的電網中還沒有熱核聚變產生的電能呢
？

　　盡jin管guan熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui的de概gai念nian非fei常chang簡jian單dan
，但dan是shi實shi現xian起qi來lai卻que是shi另ling外wai一yi回hui事shi。因yin為wei原yuan子zi核he在zai熱re核he聚ju變bian時shi並bing不bu積ji極ji
，每mei個ge原yuan子zi核he都dou帶dai有you一yi個ge正zheng電dian荷he
，它ta們men之zhi間jian互hu相xiang排pai斥chi。因yin此ci在zai常chang規gui狀zhuang態tai下xia讓rang兩liang個ge原yuan子zi核he結jie合he起qi來lai幾ji乎hu是shi不bu可ke能neng完wan成cheng的de。隻zhi有you達da到dao驚jing人ren的de高gao溫wen，原yuan子zi核he才cai能neng獲huo得de足zu夠gou的de能neng量liang克ke服fu相xiang互hu間jian的de排pai斥chi，成cheng功gong撞zhuang擊ji，最zui終zhong實shi現xian核he聚ju變bian。

　　太陽內部也是同樣的場景。在太陽內部
，熱量產生自氫原子核的聚變。但是氫原子核隻有溫度達到開氏1500萬度才會慢慢開始熱核聚變。太陽內部核燃料的消耗非常緩慢，因此太陽的壽命已經持續了數十億年。

　　然而在核聚變電站，核燃料需要在人類的時間尺度上進行聚變，而不能按照宇宙時間尺度進行。相對來講
，氫的重同位素氘、氚比氫更容易燃燒
，但是，要想讓氘氚在國際熱核聚變實驗堆內充分燃燒

，溫度必須達到天方夜譚般的開氏1億5千萬度。如此高的溫度將會帶來一係列難以克服的工程難題。特別是，如何控製比太陽內核溫度高十倍的電子和原子核高溫離子體。

　　即使最堅固的建築材料都不能承受超過數百開氏度的溫度。因此科學家提出通過磁場給高溫等離子體編織一個“籠子”。ITER采用了若幹個小型熱核聚變反應堆所采用的設計方法，在這些實驗中已經實現了核聚變所需的恐怖高溫。

　　據悉
，國際熱核聚變實驗反應堆將采用1968年由蘇聯人發明的托卡馬克裝置。托卡馬克又稱環流器，是一個由環形封閉磁場組成的“磁籠”
，高溫產生的等離子體就被約束在類似於麵包圈的磁籠中。托卡馬克裝置通過約束電磁波驅動
，創造氘
、氚實現聚變的環境和超高溫，並實現人類對聚變反應的控製。國際熱核聚變實驗反應堆中的托卡馬克裝置是一個直徑超過12米
、容積達837立li方fang米mi的de環huan形xing容rong器qi，裏li麵mian環huan繞rao著zhe超chao導dao電dian磁ci線xian圈quan。環huan形xing托tuo卡ka馬ma克ke裝zhuang置zhi外wai部bu的de磁ci體ti能neng產chan生sheng強qiang烈lie的de螺luo旋xuan型xing磁ci場chang，能neng夠gou約yue束shu熱re核he聚ju變bian中zhong產chan生sheng的de超chao高gao溫wen等deng離li子zi體ti。為wei了le打da造zao這zhe一yi巨ju大da的de磁ci性xing籠long子zi
，國guo際ji熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui項xiang目mu需xu要yao超chao過guo10000噸的铌合金製成的超導線圈，並且要用低溫液態氦氣來降溫。

　　三、技術難關與解決方案

　　1.超高能量的必要性和危害性

　　聚變燃料在“磁籠”以三種不同方式同時燃燒：電子線路發射電流穿過等離子體、weibojiareyijihuanxingcichangxianquanzhouweideweilijiasuqifashegaonengyuanziduiqijinxinghongji。jishiduocebingju，shizhijinrisuoyoudetuokamakedoumeiyouchanshengtaiduodejubianneng。weilehuodegengdadetupo，guojirehejubianshiyanfanyingduijianghuiqidongyibugengjiajuda、密度更強的等離子環形磁場線圈。假如計劃全部實現的話，則需要多十倍的能量才能激發出等離子。

　　如此高的能量會給國際熱核聚變實驗反應堆帶來威脅
，因為“磁籠”並非牢不可破的。活動劇烈的等離子體會發射出X射線，溢出帶電粒子。而且，聚變反應將產生電中性且不受磁力吸引的高能中子。盡管有“磁籠”約yue束shu，國guo際ji熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui的de等deng離li子zi體ti很hen可ke能neng會hui以yi每mei平ping方fang米mi數shu兆zhao瓦wa的de熱re量liang將jiang外wai壁bi炸zha開kai，其qi破po壞huai力li將jiang遠yuan遠yuan超chao過guo此ci前qian的de任ren何he托tuo卡ka馬ma克ke或huo常chang規gui核he裂lie變bian反fan應ying堆dui。

　　2.如何使反應倉堅不可摧

　　解決能量問題的方案貌似簡單：用水冷回路將熱量轉移至熱交換器，最終形成蒸汽。負責ITER反應器內部食物的馬裏奧？梅羅拉說：“顯而易見，這就是我們最希望通過核聚變反應所獲取的東西—提取熱能。”

　　但是，可操作性才是問題的關鍵。反應堆主承重壁

，又稱再生區，由440kuaibanmihoudebuxiugangbanzucheng，bingdingjinhenduogaoyashuiguan。zhexiebuxiugangqiangbijiangxishoujuedabufendezhongzi，zhexiezhongzihuishiqiangbicongneibushengwen。shuiguanxiangjubuxiugangneibibuchaoguo2.5厘米
，否則中間的鋼板就會因溫度太高而變軟。

　　直(zhi)接(jie)麵(mian)對(dui)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)的(de)內(nei)層(ceng)鋼(gang)板(ban)則(ze)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong)。射(she)入(ru)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)會(hui)將(jiang)鋼(gang)板(ban)上(shang)的(de)金(jin)屬(shu)原(yuan)子(zi)擊(ji)發(fa)出(chu)並(bing)送(song)進(jin)反(fan)應(ying)盒(he)
，汙(wu)染(ran)那(na)裏(li)的(de)燃(ran)料(liao)和(he)降(jiang)低(di)聚(ju)變(bian)反(fan)應(ying)的(de)強(qiang)度(du)。為(wei)此(ci)，國(guo)際(ji)熱(re)核(he)聚(ju)變(bian)實(shi)驗(yan)反(fan)應(ying)堆(dui)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)選(xuan)擇(ze)用(yong)鈹(pi)製(zhi)成(cheng)的(de)瓷(ci)磚(zhuan)貼(tie)在(zai)牆(qiang)壁(bi)上(shang)。雖(sui)然(ran)對(dui)人(ren)體(ti)有(you)毒(du)
，但(dan)鈹(pi)卻(que)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)抑(yi)製(zhi)等(deng)離(li)子(zi)破(po)壞(huai)。它(ta)是(shi)一(yi)種(zhong)輕(qing)元(yuan)素(su)
，其(qi)原(yuan)子(zi)重(zhong)量(liang)非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)氘(dao)和(he)氚(chuan)的(de)原(yuan)子(zi)重(zhong)量(liang)。所(suo)以(yi)，盡(jin)管(guan)部(bu)分(fen)鈹(pi)會(hui)從(cong)牆(qiang)壁(bi)上(shang)爆(bao)發(fa)出(chu)去(qu)，也(ye)不(bu)會(hui)撲(pu)滅(mie)反(fan)應(ying)堆(dui)的(de)火(huo)焰(yan)。

　　鋼板和鈹板也會被通過的電流和磁場的機械力量擊傷。每塊四噸重的金屬板要承受一百噸的壓力
，因此它們必須要牢牢地固定、堅不可摧，哪怕上麵有安裝水管的洞孔。“再生倉的設計是整個反應堆中技術最難的部分之一。”梅羅拉說。

　　反應倉的底部也需要高強度的裝甲板，並使用一種稱作“偏濾器”deteshuzhuangzhiyibaochidenglizitidechundu。jubianfanyingdezhuyaofuchanpinshihaihezi，ruguojileitaiduodehua，jianghuipumiefanyingzhongdehezilieyan。pianlvqidezuoyongzaiyuguolvdiaodenglizitidezuibiaoceng
，jiangqilengquebingxizou，congeryichudiao“氦垃圾”和其他雜質。偏濾器表麵將非常灼熱，單單是鈹很容易熔化，因此要覆蓋上熔點高達3000開氏溫度的鎢絲和碳纖維。

　　3.克服邊緣局部化模態的破壞力

　　國(guo)際(ji)熱(re)核(he)聚(ju)變(bian)實(shi)驗(yan)反(fan)應(ying)堆(dui)的(de)外(wai)壁(bi)能(neng)夠(gou)利(li)用(yong)水(shui)來(lai)降(jiang)溫(wen)，以(yi)抵(di)禦(yu)等(deng)離(li)子(zi)線(xian)圈(quan)發(fa)射(she)出(chu)的(de)持(chi)續(xu)熱(re)量(liang)。但(dan)這(zhe)還(hai)不(bu)是(shi)反(fan)應(ying)堆(dui)必(bi)須(xu)要(yao)麵(mian)對(dui)的(de)最(zui)大(da)問(wen)題(ti)。托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)內(nei)部(bu)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)在(zai)很(hen)多(duo)方(fang)麵(mian)都(dou)和(he)太(tai)陽(yang)相(xiang)似(si)，例(li)如(ru)線(xian)圈(quan)也(ye)會(hui)突(tu)然(ran)產(chan)生(sheng)一(yi)種(zhong)稱(cheng)作(zuo)“邊緣局部化模態”的劇烈反應。在千分之一秒的瞬間，等離子線圈表麵迅速膨脹，爆炸出大量的粒子。“看起來就像太陽耀斑一樣。”國際熱核聚變實驗反應堆研究員阿爾伯托
？羅雅特說。

　　“困(kun)擾(rao)我(wo)們(men)的(de)問(wen)題(ti)在(zai)於(yu)釋(shi)放(fang)的(de)粒(li)子(zi)不(bu)僅(jin)數(shu)量(liang)龐(pang)大(da)
，而(er)且(qie)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)區(qu)域(yu)性(xing)和(he)方(fang)向(xiang)性(xing)
，可(ke)能(neng)會(hui)產(chan)生(sheng)每(mei)平(ping)方(fang)米(mi)數(shu)十(shi)億(yi)瓦(wa)特(te)的(de)力(li)量(liang)，那(na)將(jiang)是(shi)陽(yang)光(guang)照(zhao)射(she)地(di)球(qiu)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)的(de)一(yi)百(bai)萬(wan)倍(bei)。”羅雅特解釋道。雖然單個的“邊緣局部化模態”非常短暫，但其放射的能量也足以使表層的鈹
、鎢或碳瞬間蒸發。假如“邊緣局部化模態”每秒鍾會出現幾次的話，最堅固的裝甲也會灰飛煙滅。

　　但是，國際熱核聚變實驗反應堆團隊計劃將冰塊投進燃燒的火焰中來解決這個問題。該技術在上個世紀90年代應用於德國慕尼黑附近加興市一個稱作“偏濾器實驗器”的de反fan應ying堆dui。與yu其qi他ta的de托tuo卡ka馬ma克ke一yi樣yang，偏pian濾lv器qi實shi驗yan器qi也ye需xu要yao把ba燃ran料liao放fang置zhi在zai在zai等deng離li子zi線xian圈quan上shang，為wei此ci它ta安an裝zhuang了le一yi部bu氣qi動dong噴pen槍qiang
，將jiang冷leng卻que的de氘dao球qiu發fa射she到dao線xian圈quan盒he中zhong。

　　偏pian濾lv器qi實shi驗yan器qi的de研yan究jiu者zhe發fa現xian，當dang氘dao球qiu射she到dao等deng離li子zi時shi，會hui產chan生sheng邊bian緣yuan局ju部bu化hua模mo態tai一yi樣yang的de爆bao發fa現xian象xiang，大da量liang的de氣qi體ti瞬shun間jian釋shi放fang。因yin此ci可ke以yi通tong過guo確que定ding發fa射she氘dao球qiu的de時shi間jian和he方fang向xiang來lai降jiang低di邊bian緣yuan局ju部bu化hua模mo態tai的de力li度du。“你可以選擇連續性地發射氘球，從而使邊緣局部化模態規模變小，並降低爆炸的破壞力。”羅雅特說。

　　當然，這種控製方法也並非完美無缺：邊緣局部化模態最終會穿透反應堆的內壁，因此必須要有另外一層防禦設施。2006年
，在位於美國加州聖迭戈通用原子公司的DIII-Dtuokamakeshiyanzhong，wulixuejiafaxiantamennenggouliyongfanyingduineideyipaixiaocihuanlaizuzhibianyuanjubuhuamotaidejizhongchuxian。xiaocihuanfangzhizaibaohuqiangdehoumian，xingchengweiruodecichang，raodongdenglizidebiaomian，zaiyidingchengdushangzuzhilebianyuanjubuhuamotaidebaofa。“我們還無法從理論上清楚地解釋這種現象。”羅雅特說。

　　上述兩種方法在英國牛津附近的JET聚ju變bian反fan應ying堆dui被bei進jin一yi步bu改gai進jin
，但dan最zui終zhong的de試shi驗yan將jiang在zai國guo際ji熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui進jin行xing，以yi驗yan證zheng它ta們men是shi否fou能neng夠gou在zai不bu釋shi放fang太tai多duo等deng離li子zi和he影ying響xiang聚ju變bian反fan應ying的de前qian提ti下xia控kong製zhi住zhu邊bian緣yuan局ju部bu化hua模mo態tai。

　　4.令人不寒而栗的中子爆炸

　　中zhong子zi是shi另ling一yi個ge潛qian在zai的de威wei脅xie。聚ju變bian反fan應ying堆dui芯xin產chan生sheng的de高gao能neng中zhong子zi會hui整zheng個ge反fan應ying堆dui溫wen度du升sheng高gao
，破po壞huai它ta們men碰peng到dao的de任ren何he結jie晶jing體ti，堅jian硬ying的de金jin屬shu也ye會hui變bian得de脆cui弱ruo不bu堪kan。反fan應ying堆dui引yin發fa的de中zhong子zi爆bao炸zha將jiang遠yuan比bi我wo們men在zai地di球qiu上shang看kan到dao的de一yi切qie爆bao炸zha都dou更geng加jia劇ju烈lie—整個反應堆會不會被炸得粉身碎骨呢？

　　梅mei羅luo拉la深shen信xin這zhe種zhong情qing況kuang不bu會hui發fa生sheng。保bao護hu壁bi會hui采cai用yong奧ao氏shi體ti不bu鏽xiu鋼gang。這zhe是shi一yi種zhong用yong於yu家jia庭ting餐can具ju上shang的de鋼gang材cai，具ju有you高gao彈dan性xing晶jing體ti結jie構gou，即ji使shi在zai很hen多duo原yuan子zi遭zao到dao破po壞huai的de情qing況kuang下xia仍reng具ju有you足zu夠gou的de強qiang度du。“奧氏體不鏽鋼抗擊打能力是非常強的。”梅羅拉說。

　　核聚變始終是充滿爭議，特別是由於需要源源不斷的巨額投入。單單是國際熱核聚變實驗反應堆就需要100億美元。懷疑論者還指出
，核聚變支持者於二十世紀五十年代就提出會開發出取之不盡、用之不竭的清潔能源。但半個多世紀過去了，實現的前景仍然遙遙無期。

　　國guo際ji熱re核he聚ju變bian實shi驗yan反fan應ying堆dui團tuan隊dui顯xian然ran希xi望wang這zhe一yi天tian盡jin快kuai到dao來lai。如ru果guo他ta們men能neng夠gou在zai反fan應ying堆dui成cheng功gong取qu得de實shi質zhi性xing突tu破po，最zui終zhong實shi現xian核he聚ju變bian發fa電dian的de夢meng想xiang也ye許xu真zhen的de為wei期qi不bu遠yuan了le。