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“人造太阳”背后，能源为什么值得关注？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2020年08月05日 07:33

编者按：本文来自微信公众号“极客公园”（ID:geekpark），36氪经授权发布。

作者 | 赵子潇

编辑 | 于本一

圣波莱迪朗克坐落在法国南部，属于普罗旺斯地区，离同在法国南部的马赛市约 66 公里。这个鲜为人知的地方最近却受到了广泛关注，尤其是新科技爱好者们。不出意外的话，未来几年，人们可能还会对这个地方顶礼膜拜。

在这里，世界上最大的核聚变装置——国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，下称 ITER）正式开始组装工作。数百万个零件从世界各地运到法国，仅组装时间长达 4.5 年，最终变成直径约 30 米，高度约 10 层楼的大型反应堆。

如果 ITER 成功运行，对于全世界来说，都是核技术的一大突破。更重要的是，它可能会改写全球的能源历史，清洁能源届时将成为主流。已经有 35 年历史，还有 15 年才能实现的「人造太阳」ITER，正在试图冲破地球能源危机的考验。

ITER 到底是什么？

关于 ITER 的历史，最早可以追溯到上世纪 80 年代，是美国总统里根与苏联领导人戈尔巴乔夫提出的倡议。

当时，美国、欧洲共同体、苏联和日本等国家都在进行核聚变相关研究，但研究的经费超过了任何一个国家的预算，所以才有了这一国际合作项目的诞生。

2006 年，欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度作为联合参加 ITER 项目的国家正式签署了一系列相关协议，项目才算真正启动。按照预期，ITER 将持续 30 年左右：10 年用于建设，20 年用于运行。

ITER 项目启动仪式｜ITER 官网

但在建设时间和资金上远比人们想象中的投入要多很多。2015 年，ITER 投入的资金已经接近 100 亿欧元的整体预算，另外针对该项目的审查得出结论，时间表可能至少需要延长 6 年。目前，ITER 的预算已提升至 200 亿欧元（约 1646 亿人民币）。

不管是建造难度或者金钱的角度看，这是一项必须要全球各国合作完成的巨大工程。仅就组装而言，ITER 的所有零部件都是单独定制，许多组件必须在其负责的国家内制造并部分组装，然后运到法国。就连 ITER 外部的环境都需要进行严密计划，据 ITER 官方称，之所以会选择法国南部的小城，原因之一就是它附近有一条航运水路，可以将重量极大的组件通过水路运输到这里。即便这样，ITER 也必须建造一条定制的道路，方便运送数十吨甚至上百吨的零件，普通道路根本无法承受这个重量。

韩国于今年 7 月将组件运至法国｜ITER 官网

ITER 总干事 Bernard Bigot 博士表示，项目管理、系统工程、风险管理和机器装配物流的每一个方面都必须协同配合，像瑞士手表一样精确。「未来几年，我们有一个复杂的流程需要遵循。」

中国在其中也发挥到重要作用。ITER 官网显示，中国在其中参与制造了 TF（环向场）线圈与极向场线圈，均为 ITER 的关键组件。

「人造太阳」

话说回来，ITER 为什么这么值得关注？

一个最核心的原因是，如果 ITER 核聚变反应成功，它将是历史上所有核聚变实验中第一个产生清洁能源的项目，同样也能证明核聚变产生的清洁能源具有商业可行性。

这里要提到 ITER 的原理：核聚变。理解它最好的参照物就是太阳，太阳产生能量的原理就是核聚变，其产生的能量在 1.5 亿千米之外的地球，依然能把人类的皮肤晒伤。ITER 或者其他核聚变反应堆就通俗地被大家称作「人造太阳」。

目前模拟太阳最合适的设备是托卡马克（Tokamak）。因为人造设备无法获得与太阳同等压力使核聚变正常反应，只能通过提高至上亿摄氏度的温度来弥补，如此高的温度无法用固体物质承受，于是用磁场约束控制核聚变的托卡马克出现了。

ITER 反应堆设计图，它就是托卡马克｜ITER 官网

ITER 官网简单解释了反应原理：当几克氘和氚气体被注入到形似甜甜圈的托卡马克后，将气体进行加热气体，直到它变成云状的电离等离子体。托卡马克内部的磁场将其控制在容器内，当温度升至 1.5 亿摄氏度，核聚变发生，其产生的超高能中子以热量的形式传递能量至托卡马克外壁上的水，产生蒸汽，这个过程就能带动发电。

整个过程的最大优势在于，核聚变的能量来源非常容易获得，产生的能量巨大，并且完全清洁。

氘和氚都是氢的同位素，前者大量存在于海水中（每 1 升海水中含 30 毫克氘），后者也能在核聚变反应中生成。菠萝形状大小的氘与氚产生的能量相当于 1 万吨煤。

核聚变主要燃料：氘和氚｜ITER 官网

核聚变也是最理想的产生能量的方式。它释放的能量比核裂变更大，ITER 输入 50MW（兆瓦），可输出十倍的能量，足以为 20 万户家庭供电。更重要的是，它不会产生二氧化碳或者核废料等对环境构成污染的物质。核聚变唯一会产生的「副作用」是氦气，无色无味的惰性气体，合理利用也有大用处。

Bernard Bigot 预言：「利用清洁能源的独特性将其激活利用，将是我们星球的奇迹。」

新能源的希望

人们经常「谈核色变」，因为核能源在我们的印象当中还是一种很危险的东西。但它同时对科学家保持着非常强的吸引力，气候变化、能源危机等全球性的因素成为了推动这个领域最主要的动力，而核聚变等技术可能会对人类文明产生巨大影响，这也是为什么国际上几个主要国家联合成立 ITER，也在独立研究出如何将危险又迷人的核能源安全地投入到商业当中。

美国海军在 2019 年底公布了一项专利，声称他们可以做到直径在 0.3-2 米之间的紧凑型核聚变反应堆（Compact Fusion Reactor，下称 CFR），与 ITER 直观对比的话，就是建筑物与手提箱的区别。如果这项技术成功，就意味着核聚变反应堆变成了一座可随时移动的大型发电站，飞机、轮船甚至汽车的动力都无需发愁。