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受控核聚变研究的进展和展望_丁厚昌
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你可能喜欢受控核聚变是怎么回事？_百度知道可控核聚变的3种实现方法
核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。
核聚变，即氢原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时放出巨大的能量。核聚变不属于化学变化。&
　　热核反应[1]，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的氢原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。编辑本段核聚变的类型　　D（氘）和T（氚）聚变会产生大量的中子，而且携带有大量的能量（14.1），中子对于人体和生物都非常危险。　　聚变反应中子的真正麻烦之处在于中子可以跟反应装置的墙壁发生&
核反应。用一段时间之后就必须更换，很费钱。而且换下来的墙壁可能有放射性（取决于墙壁材料的选择），成了核废料。还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。　
氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料无比便宜，缺点是有中子。 　　
“第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。　　
“第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。这个反应堪称终极聚变。&&
太阳的能量来自它中心的热核聚变.　　
核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。　　
目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。
可控核聚变方式　　
目前主要的几种可控核聚变方式： 　　
超声波核聚变 　　
激光约束（惯性约束）核聚变 　　
磁约束核聚变（托卡马克） 　& 　　
　1.可控核聚变的发生条件 　　产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太&
EAST全超导非圆截面核聚变实验装置阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。此外这么高的温度，核反应点火也成为问题。不过在日，美国利用高能激光实现核聚变点火所需条件。中国也有“神光2”将为我国的核聚变进行点火。　　
2.核聚变的反应装置　　目前，可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。　　托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak
来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。　　托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。　　我国也有两座核聚变实验装置。　　3.核聚变的优劣势
　　优势：　　（1）.核聚变释放的能量比核裂变更大　　（2）.无高端核废料，可不对环境构成大的污染　　（3）.燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨（每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油）　　劣势：　　反应要求极高，技术要求极高。　　从理论上看，用核聚变提供部分能源，是非常有益的。但目前人类还没有办法，对它们进行较好的利用。　　（对于核裂变，由于原料铀的储量不多，政治干涉很大，放射性与危险性大，核裂变的优势无法完全利用。截至2006年，核能（核裂变能）发电占世界总电力约15%。说明了核裂变的应用的规模之大，更能说明优势比核裂变更大的核聚变能源前景更加光明。科学家们估计，到2025年以后，核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后，受控核聚变发电将广泛造福人类。）编辑本段核聚变与恒星发光原理　　当四个氢原子在高温下靠得很近时，四个质子会撞到一起时，其中两个会发生衰变，释放出两个反中微子和正电子，变成中子。这两个正电子会与原子核外电子相互湮灭，形成两个光量子；剩下的一共有两个中子、质子和电子，恰好形成一个氦原子。绝大多数恒星都是通过质子的衰变而发出光芒，这在日常生活中也用途很大。编辑本段另一定义　　比原子弹威力更大的核武器—氢弹，就是利用核聚变来发挥作用的。&
EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置
核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘（dao）、氚（chuan）等。核聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。　　核聚变能释放出巨大的能量，但目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变。而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务，就必须使核聚变在人们的控制下进行，这就是受控核聚变。　　实现受控核聚变具有极其诱人的前景。不仅因为核聚变能放出巨大的能量，而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素氘可以从海水中提取。经过计算，1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。全世界的海水几乎是“取之不尽”的，因此受控核聚变的研究成功将使人类摆脱能源危机的困扰。　　但是人们现在还不能进行受控核聚变，这主要是因为进行核聚变需要的条件非常苛刻。发生核聚变需要在1亿度的高温下才能进行，因此又叫热核反应。可以想象，没有什么材料能经受得起1亿度的高温。此外还有许多难以想象的困难需要去克服。尽管存在着许多困难，人们经过不断研究已取得了可喜的进展。科学家们设计了许多巧妙的方法，如用强大的磁场来约束反应，用强大的激光来加热原子等。可以预计，人们最终将掌握控制核聚变的方法，让核聚变为人类服务。　　利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。裂变时靠原子核分裂而释出能量。聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘（读"刀"，又叫重氢）和氚（读"川"，又叫超重氢）聚合成较重的原子核如氦而释出能量。核聚变较之核裂变有两个重大优点。一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。　　第二个优点是既干净又安全。因为它不会产生污染环境的放射性物质，所以是干净的。同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，所以是安全的。&&
　　国际热核聚变实验堆装置示意图
目前实现核聚变已有不少方法。最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件。虽然在实验室条件下已接近于成功，但要达到工业应用还差得远。按照目前技术水平，要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。　　另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。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），就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，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（大概需要几十亿度）时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短，只有几个皮秒（1皮等于1万亿分之一）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站。　　原理上虽然就这么简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的还差几十倍、甚至几百倍，加上其他种种技术上的问题，使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。　　尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服，但其美好前景的巨大诱惑力，正吸引着各国科学家在奋力攀登。编辑本段原理　　简单的回答：根据爱因斯坦质能方程E=mc^2;
　　原子核发生聚变时，有一部分质量转化为能量释放出来。　　只要微量的质量就可以转化成很大的能量。　　两个氢的原子核相碰，可以形成一个原子核并释放出能量，这就是聚变反应，在这种反应中所释放的能量称聚变能。聚变能是核能利用的又一重要途径。　　最重要的聚变反应有：　　式中D是氘核（重氢）、T是氚核（超重氢）。以上两组反应总的效果是：　　即每“烧’掉6个氘核共放出43．24MeV能量，相当于每个核子平均放出3．6MeV。它比n+裂变反应中每个核子平均放出200/236=0．85MeV高4倍。因此聚变能是比裂变能更为巨大的一种核能。　　核聚变能利用的燃料是氘（D）和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，海水中氘的总量约40万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按目前世界消耗的能量计算，海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以有锂制造。锂主要有锂-6和锂-7两种同位素。锂-6吸收一个热中子后，可以变成氚并放出能量。锂-7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多，也有两千多亿吨。用它来制造氚，足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。因此，核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。　　在可以预见的地球上人类生存的时间内，水的氘，足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说，地球上的聚变燃料，对于满足未来的需要说来，是无限丰富的，聚变能源的开发，将“一劳永逸”地解决人类的能源需要。六十多年来科学家们不懈的努力，已在这方面为人类展现出美好的前景。　　氘是相当丰富的氢同位素，在海洋中每6500个氢原子就有1个氘原子，这意味着海洋是极大量氘的潜在来源。仅在1L海水中就有1.03&10^22个氘原子，就是说每1Km^3海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量，这个数字约为地球上蕴藏的石油总储量。　　要使原子核之间发生聚变，必须使它们接近到飞米级。要达到这个距离，就要使核具有很大的动能，以克服电荷间极大的斥力。要使核具有足够的动能，必须把它们加热到很高的温度（几百万摄氏度以上）。因此，核聚变反应又叫热核反应。原子弹爆炸产生的高温可引起热核反应，氢弹就是这样爆炸的。　　受控核聚变是等离子态的原子核在高温下有控制地发生大量原子核聚变的反应，同时释放出能量。氘是最重要的聚变燃料，海洋是氘的潜在来源，一旦能实现以氘为基本燃料的受控核聚变，人们就几乎拥有了取之不尽、用之不竭的能源。氢弹爆炸释放出来的大量聚变能、原子弹爆炸释放出来的大量裂变能，都是不可控制的。在第一颗原子弹爆炸后仅十多年，人们就找到控制裂变反应的办法，并建成了裂变电站。原以为氢弹炸爆后能建成聚变电站，但并不如此简单，即使在地球条件下能发生的聚变反应：　　31H+21H—→42He+10n+1.76&10^7eV
　　也只能在极高的温度（&4000
;）和足够大的碰撞几率条件下，才能大量发生。因此实际可作为能源使用的受控热核聚变反应，必须在产生并加热等离子体到亿万摄氏度高温的同时，还要有效约束这一高温等离子体。这就是近几十年内研究的难题和期望攻克的目标。中国的中科院物理所、中科院等离子物理所、西南物理研究院在实验工程和理论研究各方面都做了许多的工作，也取得了许多重要的进展。
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“气泡核聚变”与“超声核聚变”:&&&
美国《科学》杂志3月8日发表的“气泡核聚变”的论文在科技界引发一些科学家的质疑，而与此相关的“超声核聚变”技术却已进入商业化开发阶段。
据此间《科技日报》日前报道，由美国橡树岭国家实验室和俄国科学院的科学家组成的研究小组，通过让一个大烧杯所盛液体中小气泡产生的内部爆炸，在实验室获得核聚变的效果。实验中，他们采用氘化丙酮液体，对液体施加中子脉冲，使其产生微型气泡，并利用超声波使这些气泡不断地扩大。随着超声波强度的增加，气泡膨胀到一定大小后便发生爆裂，同时产生几千度高温和局部的高压，并伴有大量的冲击波、闪光和能量的释放。这一过程的持续时间为1微微秒。美俄科学家说，上述试验符合核聚变的两个主要标准：产生氚和释放巨大的中子能量。
报道说，为验证实验结果的真伪，橡树岭国家实验室的副主任让两名物理学家夏皮拉和萨尔特马施进行重复试验。实验结束后，两位科学家说，他们未发现中子与爆裂发出的闪光有任何关联。论文同行评议人、劳伦斯·利物莫尔实验室的物理学家莫斯说：“基础研究中重大突破的认定，必须符合最高的检验标准。”“气泡核聚变可能会获诺贝尔奖，因此很容易使一些人失去客观公正性”。
报道称，气泡核聚变是采用所谓“声致冷光”原理。它利用超声波能在液体中产生小气泡，气泡可膨胀到原来体积的许多倍，然后爆裂，并发出一束闪光。同行评议人、华盛顿大学应用物理实验室研究人员克鲁姆说：“现在当务之急是证实是否真的发生了气泡核聚变，如果被证实，将会有很多公司开始建造气泡聚变动力源。”
报道说，虽然气泡核聚变命运难测，但与“气泡核聚变”相关的另一种技术——“超声核聚变”已进入商业化开发阶段。所谓超声核聚变就是用超声波触发核聚变。3年前，泰斯恩创建“脉冲装置公司”，雇佣“声致冷光”的研究人员开发直径6米的超声聚变反应堆。泰斯恩目前正与洛斯阿拉莫斯实验室谈判，以核实其计算机模型。超声聚变先驱者斯特林哈姆，90年代中已成立公司，最近该公司建了几座示范性超声聚变装置。他将于3月22日在美国物理学会会议上报告他的最新进展。这次会议的协调人楚博预测，研究人员最终会发现一种奇异的反应，来解释气泡核聚变的工作原理。他说，随着越来越多的物理学家参与这一研究，未来几个月将会出现更多令人惊奇的发现。
激光约束（惯性约束）核聚变 :
在NIF惯性约束核聚变试验中，192束高能激光束的能量可聚集于橡皮擦大小的圆柱形黑体辐射空腔，空腔中装有充着氘和氚（氢的两种同位素）的微小球形靶件（核聚变燃料靶件）。激光能量在黑体辐射空腔内转换成X射线轰击靶件，靶件在X射线的作用下外层发生熔化并快速内向压缩，其中的氘和氚原子核发生聚变，释放出数倍于激光束的巨大能量。
磁约束核聚变（托卡马克）:
一类受控热核聚变引。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径，是等离子体物理学的一项重大应用。
对于原子核聚变反应中反应截面最大、相对容易实现的氘-氚聚变,要实现控制，最终建造可提供有增益的聚变能的热核聚变反应堆，必须具备一些基本的物理条件。　　①把高度纯净的、氘和氚的混合材料,加热到1亿度以上，即达到所谓热核温度。在这样的超高温度，氘氚混合气体已完全电离，成为氘、氚原子核和自由电子混合而成的等离子体。　　②从常温下处于分子状态的氘、氚材料开始，一直到上述热核温度的整个加热过程中，把这个尺寸有限的等离子体约束起来，使组成等离子体的原子核在发生足够多的聚变反应之前，不至于失散。定量地说，对于氘氚聚变，需要满足下列条件，　　式中n是单位体积(米)等离子体内原子核的数目（等于同一体积内自由电子的数目）;τ是一个带有平均热动能的高速电子或原子核在等离子体内停留的时间。这个条件称为约束条件，或劳孙判据，它是根据氘氚聚变的反应截面并考虑了等离子体整个加热和产能过程中热能转换实际可能的效率而得出的,是聚变反应堆产生功率(能量)增益所必需满足的最低条件。例如,当氘氚混合体的原子核密度(指的是数密度，下同)n为10τ米时，要求每个电子及原子核在等离子体内停留的时间，平均达到1秒以上。
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中国估计搞的是技术含量低的也是老牌的“磁约束核聚变”，美国估计3项都在搞，记得在10年前我就听说了，好像是在乐山大佛对着的一个科学院在研究。&
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http://www.gznf.net/thread--1.html
聚变能源或成一场空梦：终极能源实验遭遇坎坷
日 08:28& 环球科学杂志
&地基：反应堆将坐落在493 根基柱上，基柱顶端还加盖了钢和橡胶构成的减震器，以保证重达40
万吨的整个结构不受地表震动的影响。　　世界上最复杂的实验遭遇坎坷，通往终极能源之路何日坦平？
　　撰文 杰夫·布鲁姆菲尔(Geoff Brumfiel) 翻译 庞玮
　　1985年11月，美国“空军一号”抵达日内瓦时，那里的天气阴沉而寒冷。美国总统罗纳德·里根(Ronald
Reagan)到此是为了会晤苏联新任领导人米哈伊尔·戈尔巴乔夫(Mikhail
Gorbachev)。里根认为，当时世界面临核战浩劫的风险很高，于是想缩减美苏两个超级大国日渐膨胀的军备库，而戈尔巴乔夫同样也意识到军备竞赛正在拖垮苏联的经济。
　　但是，双边会谈很快陷入僵局。里根在苏联历次入侵别国的问题上指责戈尔巴乔夫，而戈尔巴乔夫则抓住星球大战计划，一个试图将所有来袭核弹头拦截在外太空的野心计划，来反击里根。会晤濒于破裂。到清晨5点，双方同意发表一个不包含任何实际承诺的联合声明，在声明的最后，几乎是脚注的位置，里根和戈尔巴乔夫加入了一个含糊不清的保证，即两国将“本着全人类的共同利益”开发一种新能源。
　　上述脚注最终付诸实际，成为一个项目，时至今日，这个项目已经演变成可谓是21世纪人类最宏大的科学活动，一场复杂实验技术的“交响乐”。如果一切顺利的话，它将一劳永逸地解决人类能源危机。这就是ITER(International
Thermonuclear Experimental
Reactor)，全称“国际热核实验反应堆”，它要在地球上制造出太阳，消耗50兆瓦的能量，却会输出10倍于此、达到500兆瓦的动力，所需要的仅仅是宇宙中最丰富的物质：氢。该项目将着眼于原理论证，希望最终描绘出的技术，能填满人类对能源的无尽索求。各个项目参与国的政治家对推动该项目的热情一直不减。
　　但正如催生出该项目的首脑会谈一样，ITER也不孚众望。预算已经翻倍再翻倍，工程技术上的问题又总是被一再敷衍。一些技术流程也很繁琐，比如参与国不是集中资源一同开发，而是先在各自国家生产零零碎碎的组件，再运到法国南部ITER所在地去组装。整个过程好比一个人先从网上订购一堆螺母、螺栓和支架，然后试图在后院捣鼓出一架波音747客机来。结果自然如冰上行舟，将近一年前ITER还只是地上一个10多米深的大洞，直到最近才刚刚把约100多万立方米的混凝土填下去。项目投入运行的日期也从2016年推至2018年，再推至2020年底。首次净能量输出实验起码要等到2026年，此时距项目开工已20年。
　　即便如此，ITER还只是这种公认新能源的序幕，就算ITER获得成功，之后还要建造第二代的测试反应堆，只有这些反应堆都运行正常，各地才会建造能够并网发电的核聚变电站。ITER只是第一步，整个计划将为期数十年，甚至上百年。该项目的支持者提出，从长远来看，为了满足世界对能源的持续需求，ITER是我们唯一的希望。但即便是这些支持者，也不得不打消对ITER乌托邦式的期望。目前看起来，该项目只是靠制度惯性维持着，毕竟对各国政府而言，做一个一成不变的参与者总比成为众矢之的的退出者要容易些。另一方面，该项目的每一次延期和预算超支都为批评者提供了更多的攻击靶子，他们形容ITER是一个浪费钱的怪兽，吃掉了眼下很多其他能源研究项目所急需的经费。两派虽各有坚持，但有一条却是双方的共识，那就是如果最后选择了ITER，它最好成功，千万不要竹篮打水一场空。
　　瓶中烈日
理论上，核聚变是最完美的能源。它建立在一个几乎人所共知的物理原理之上：能量等于质量乘以光速的平方。由于光速很大，所以该公式意味着只需要非常小的一点质量就能产生巨大的能量。
　　所有的核反应都基于上面这条宇宙基本法则，在常见的核电站中，比较重的铀原子核分裂成更轻的原子核，在此裂变(fission)过程中，铀原子核有很小一部分质量直接变成能量。聚变(fusion)过程基于同样的原理，但过程刚好与裂变相反，轻原子核比如氢核发生碰撞，产生氦核，而氦核的质量要略小于参与碰撞的氢核质量之和，消失的那部分质量就直接变成了能量。就单位质量而言，聚变燃料可以释放出三倍于铀裂变的能量，更重要的是，氢的贮量要远比铀丰富，而且聚变产生的氦废料没有辐射污染之虞。
聚变让人着迷，”为ITER协调奔走多年的韩国科学家李秀景(Gyung-SuLee)说，“它就像中世纪的人们追寻的炼金术一般，它是能源研究的‘圣杯’。”李秀景是聚变能源的积极拥护者。1980年，他来到美国，成为芝加哥大学的一名研究生，专攻量子场论这一物理学中的硬骨头。但是美国改变了他的想法，“在美国，金钱就是一切，”他回忆道，而量子场论只能带来思想上的收获。于是，他开始寻找一个更实用的学习目标，最后选择了聚变，因为“聚变兼具科学和工程上的挑战性”。而且聚变美梦一旦成真，带来的影响也是巨大的，能量会唾手可得、轻贱如土，石油、天然气等化石能源将变得无关紧要，世界将为之转变。
　　像李秀景这样的科学家已经为聚变神魂颠倒了半个世纪。在他之前，已经有很多人都宣称黎明即将来临，其中有些的确是哗众取宠之辈，更多的人不过是犯了一个简单的错误。聚变桀骜难驯，自然一次次斩断了人类的梦想。
　　最主要的困难来自这个“聚”字，因为氢离子会相互排斥，所以科学家必须将它们紧压在一起，产生聚变。ITER的策略是在一个磁场囚笼中加热氢原子，它采用的磁场囚笼形式被称为托卡马克(tokamak)，外形就是一个面包圈形的金属环上缠绕着一匝匝线圈。这些线圈用来产生磁场，当由氢离子构成的带电等离子体被加热至数十亿度时，磁场负责将它们紧紧地约束在一起，因为这个温度能气化任何固体材料，只有用磁场来做容器。
　　在20世纪70年代，托卡马克的前途似乎一片光明，有些研究者甚至预言，到20世纪90年代就能建造出聚变核电站来。当时唯一的挑战就是，如何把研究型反应堆放大到实用尺寸，一般而言，托卡马克结构越大，其中的等离子体能达到的温度就越高，核聚变的效率也就越高。
　　然而问题渐起。等离子体内部能传导电流，受自激电流的影响，等离子体会变得弯拱扭曲，形成剧烈的乱流，这些乱流像鞭子一样抽打等离子体，将其甩出磁笼，冲击装置的外壁。于是，随着等离子体温度升高，必须要有更大的托卡马克来提供额外的空间，同时还要有更强的磁场来约束等离子体。这两者都需要增大线圈中的电流，而更大的电流意味着更高的能耗，结果很清楚：托卡马克越大越强，它就需要更多的能量来维持。
　　这种正反馈意味着，普通的托卡马克装置永远也无法输出净能量。对此，包括李秀景在内的研究者只知道一种招架方法：超导，即利用有些导体在很低温度下电阻消失因而没有电能损耗的特性。如果托卡马克的电磁铁使用超导材料，只需注入一次电流，它就会一劳永逸地运转下去。这样能耗虽然降低了，但花费却非常巨大，超导体是一种特殊、昂贵的材料，而且为了维持超导状态，必须用液氦一直冷却它们，使之处于非常接近绝对零度的状态。
　　基于上述原因，早在1985年形势就非常明了，那就是无论苏联还是美国，都无法建造能并网发电的大型托卡马克装置。因此，ITER项目正式开始之初就是一个由美国、苏联、日本和欧洲共同参与的联合项目。整个项目设计非常庞大，用到了当时最先进的技术。除了超导体之外，ITER还通过高级加速器注入中性原子束来加热核心装置，并有一系列复杂的天线像微波炉那样来加热等离子体。ITER没有用普通的氢来充当燃料，而采用了氘和氚，它们是氢的两种同位素，与氢相比它们聚变所需的温度和压力更低。氘在自然界中相对常见，一滴海水中就含有数万亿个氘原子，但有放射性的氚则极为罕见，因而价格不菲。最初估计ITER的建造费用约为50亿美元，但到了20世纪90年代中期，在对装置的复杂程度进行更为详细的评估之后，预算翻倍了。1998年，主要基于对开支的考虑，美国退出了该项目。
　　就在美国退出后不久，一个受命拯救该项目的小组匆匆忙忙对其进行了重新设计，将装置尺寸和预算都缩减到了原来的一半。不幸的是，“由于太赶时间，重新设计时在考虑上有所欠缺，”ITER的资深科学家，同时也是最初那个设计小组的成员京特·
詹施茨(Gunther
Janeschitz)说。参与国都在争抢装置中大部件的设计建造任务，而像引线、连接件这样的小东西却无人问津。詹施茨举了个例子，“在两个部件之间本来应该有连接孔的，但没有哪份采购标书具体指出了这一点”
　　这些沟通上的鸿沟正是ITER的苦难之源，因为ITER组织本身并不负责该装置的实际制造。先期参与国如俄罗斯和日本，希望自己的投入能为本国相关实验室的科学家所用，而印度这样的新加入国，则想学习新的高端技术，发展自己的工业。因此，成员国提供的都是制作完成的部件(附带提供一小笔经费给统筹机构)，电磁铁所用的超导线缆来自日本东芝公司，但同时中国西部超导材料科技有限公司和俄罗斯叶夫列莫夫电物理设备研究院也提此类线缆；装置所用的巨大真空室将在欧洲、印度、韩国和俄罗斯建造；加热系统则来自欧洲、日本和美国——美国于2003年重新加入了ITER项目。ITER的统筹机构需要接收来自上述国家和地区的这些部件，补齐尚缺少的部件，然后把所有东西拼装成迄今为止最复杂的实验装置。
　　与ITER临时总部相隔一条双车道高速公路就是郎司河(Durance
River)，河边有一座中世纪的城堡可以俯览流水。在这座城堡中，清楚地展现出ITER所面临的挑战：ITER的成员聚集于此，挤在一间特意建造的会议室中，周围布满了液晶显示屏和麦克风，正在召开的是一次协调会，而与会者无意让我这个记者参与其中。不过在中场休息时，李秀景向我透露了会议室中上演的一场小纷争。“印度人认为一条管道应该在这里截止，而其他人则认为该在那里截止，”他边说边从桌上拿起一小条巧克力棒，朝着房间的另一端指了指，“最简单的解决方案是在中间截止，但技术上做不到，于是我们要把这个问题交由总干事裁决。”
　　截止到2010年，ITER的总干事都是由一个让人昏昏欲睡的日本外交官池田要(Kaname
Ikeda)担任。由于处理此类管道之争乏力，池田在ITER委员会的压力下被迫辞职，由日本核聚变科学家本岛修(Osamu
Motojima)接任，后者是ITER的资深人员，在平和的外表之下有着坚毅、果决的性格。来自欧洲和美国子项目的一些资深人员则充任本岛的副手，最终他们与印度人在紧挨着会议室的一个改建而成的套间里达成了协议。就在这些人争论不休时，当时还是ITER首席法律顾问的哈里·图伊德(Harry
Tuinde，之后他就离开了ITER去为欧洲议会工作了)坐在院子里抽着雪茄。我问他，如果本岛有权力要求各参与国提供指定部件，事情会不会顺利很多？图伊德往椅背上一靠，“那基本上就把你竭力要维持的关系都弄糟了”。归根结底，维系这个项目的不是ITER总干事的权威，而是成员参与的意愿。
　　通向能源之路
　　就在沟通磕磕绊绊地进行之时，ITER的经费预算已经再次加倍，达到200亿美元，这只是明面上的金额，由于采用了散件组装的方式来建造，实际建造费用很难统计。项目的完成日期也再次向后推迟了几年。
　　不断攀升的成本和日复一日的拖延，让反对巨型托卡马克方案的呼声日渐高涨，尤其是负担了45%建造费用的欧洲。“要是我们真的想把这笔钱用来拯救地球气候、摆脱能源危机的话，选择ITER这个项目显然就是个笑话，”欧洲议会绿党的能源顾问米歇尔·
拉凯(MichelRaquet)如是说。欧盟目前正考虑给ITER一笔约为27亿欧元的经费，好让这个项目能按预期在2020年之前完成建造。作为ITER在欧洲最主要的反对者，绿党担心这将让风能、太阳能等可再生能源丧失很多研究机会。
　　美国只负担整个费用的9%，所以反对的声音较弱。用托马斯· 科克伦(Thomas
Cochran)的话来说，ITER“不构成一种威胁，只是浪费钱财而已”，身为美国自然资源保护委员会旗下的一名反核斗士，科克伦更愿意把精力放在反对那些会带来长期污染，或能加速核武器制造技术传播的核研究计划上。美国国会对ITER的态度似有不同，作为积极鼓动核聚变研究的美国聚变能源协会的会长，史蒂芬·迪安(Stephen
Dean)认为，“只能说目前没有要中止这个项目的迹象”。但事无一定，今年，美国总统奥巴马在缩减美国国内核聚变研究经费的同时，大幅增加了对ITER的投入，但即便这笔经费如期到位，也只有15亿美元，还不到美国应承担的设计预算的25%。其他国家在履行对ITER的承诺时，也碰到了一些麻烦。印度正费力地推销着手中的合同，而去年3月，大地震破坏了日本的一些关键工厂。俄罗斯驻ITER代表弗拉基米尔·
弗拉先科夫(Vladimir
Vlasenkov)形容目前的情况是，“每个国家都有自己拖延的理由”，说完他立马加上一句，“俄罗斯那边一切正常”。
　　ITER能检验核聚变是否可行，但它不能证明核聚变是否能商业化运行。反过来，我们倒有很多理由说明后者不可行，最简单的理由就是聚变过程中的辐射强度非常高，能损坏象钢这样的普通物质，因此核聚变电站需要采用一些目前还没有的新材料，才能抵挡等离子体长达数年的轰击，不然反应堆就需要经常停机检修。再者，燃料氚的来源也成问题，发电站必须自行制备，比如利用反应堆本身的核反应过程来制造氚。
　　有人认为，建造一台基于ITER技术的反应堆，最大的障碍在于该装置极端的复杂性。那些特殊的加热系统和自制部件可能在实验中运行良好，但作为电站需要的是简单、易维护，国原子能管理局总裁史蒂夫·
考利(Steve
Cowley)说，“无法想象一台到处叮叮咣咣的机器怎么能日复一日稳定工作”。因此，在并网发电之前，还必须建造第二代的验证性反应堆——不用说，同样造价不菲。考虑到目前ITER跌跌撞撞的前进脚步，在本世纪中叶之前，什么也运行不起来。
　　尽管核聚变能源整体发展存在着这些阻碍和不确定因素，但熟悉ITER的人都认为，该项目势在必行，竞争压力是原因之一。“法国看到美国参加，他也肯定要参加；美国不退出，他也不会退出，”科克伦解释道。从律师的角度来看，图伊德认为，如果各个参与国提前退出，可能导致在未来无法获得一些新技术，这也将促使该项目继续运行。
　　即使抛开这些冠冕堂皇的理由不谈，很多科学家内心里都觉核聚变是满足世界能源需求的唯一希望。美国重返ITER时，雷蒙德·
奥巴赫(Raymond
Orbach)刚好是美国能源部的首席科学家，他说自己“对世界未来的能源需求感到惊恐，到时候从哪弄这么多能源？核聚变不会释放二氧化碳，基本上取之不竭，不会对环境造成影响，你还能找到第二个么？”
大多数核聚变科学家都认为，全球气候剧变不可避免，等到时过境迁，人类终尝苦果之日，“我们最好已经准备好了应变之策”，这是考利的告诫。秉持此念，终将得偿所愿，因为我们已背水一战。
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谢谢在此得看这么有价值的文章，关于聚变发展的文章太难找了，这也是人类还没足够重视这一能源的证明，（去年10月份发的文章，居然一个回复的人都没，足以知道聚变研究的可怜人气度）聚变不会是一场空梦，我看到的是全球人类还没有花大精力去弄，现在的研究不光是技术上的难度，还有经费、政治以及全世界人类的不重视、聚变研究人才数量的聚集度等。自古以来，人类的性格就是“贱”，必须有来自外界的逼迫，所以我非常迫切希望化石能源迅速消失，这会带来破釜沉舟的背水一战，这个时候人类的生存潜力才会爆发出来，只要人类还没放弃研究，现在的这些看似复杂的问题只不过是黎明前的黑暗罢了。　
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