新智元报道  

　　来源：EurekAlert、BBC 等

　　编辑：小匀

　　【新智元导读】7 月 28 日，由美国、俄罗斯、欧盟（包括英国与瑞士）、中国、印度、日本、韩国 35 个国家合作的 ITER 项目正式进入了为期 5 年的组装阶段。ITER 是目前世界上最大的核聚变项目，被媒体称为人造太阳。

　　核聚变伴随着巨大的能量释放，而且能提供清洁、可靠、无碳排放的能源。人类早在上世纪 50 年代就将其应用于氢弹。然而，与太阳相比，氢弹却是「潘多拉的魔盒」，一旦打开，就会将地球置于危险的境地。

　　所以，如何有效控制核聚变，让其造福人类，是各国科学家们一直寻求的方案。

　　小小的核，巨大的威力

　　在了解核聚变前，我们需要理清粒子之间的关系。

　　中子+质子=原子核

　　原子核+电子=原子

　　电子带负电，质子带正电，中子不带电。因此，原子核是带正电的。

　　核聚变，就是指两个较轻的原子核结合，形成一个较重的核和一个极轻的核。

　　光和热来自于太阳的核聚变。在太阳的核心处，氢原子核碰撞，融合成更重的氦原子，并释放出大量能量。

　　这是太阳与其他恒星的能量来源，也是维持地球生命的能量来源。

　　20 世纪科学家发现，在实验室环境下，最有效的聚变反应是氘(D)和氚(T)之间的反应。它们分别是氢(H)的两种同位素。DT 反应能在所谓“最低的温度”下产生最高的能量增益。

　　如果要进行核聚变反应，首先就必须提高物质的温度，使原子核和电子分开，处于这种状态的物质称为“等离子体”。

　　但是，都带正电的原子核们会互相排斥，所以很难接近彼此。所以，想要发生核聚变，必须保证等离子体的温度(增加发生碰撞的可能性)、密度和封闭时间（等离子体很快就会飞散开来，所以必须先将其封闭）。

　　在太阳里，这些情况都很好满足。那么，在实验室中，该怎么办呢？这就是托卡马克（Tokamak）的厉害之处了。

　　太阳能做到的，托卡马克也能

　　太阳利用巨大的引力使等离子体封闭，但在地球上则必须采取别的方法——磁场便是其中一种。当等离子体带电时，电荷被卷在磁力线上，因此只要制造出磁场，就能够将等离子体封闭，使它们悬浮在真空中。

　　上世纪 50 年代，苏联首次提出托卡马克的概念——磁约束聚变以来，这一直是个广泛的国际合作领域。

　　近几个月来，为机器组装做准备，巨大的同类零件开始运抵法国-在许多情况下，每个零件重达数百吨，长度超过 15 米。这些零件是世界各地工厂，大学和国家实验室超过 5 年的制造的结晶。

　　虽然，世界上已有数百个托卡马克被建造出来了，但 ITER 将实现的，是第一个实现自加热等离子体。

　　要加多热？1.5 亿℃。

　　怎么加热？

　　氘和氚被注入托卡马克。所谓电能生磁。通电时，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，加热直到它们变成等离子体。当等离子体达到 1.5 亿摄氏度时，即发生聚变。

　　原子聚变产生的能量以热的形式被容器壁吸收。就像传统的发电厂一样，聚变发电厂将利用这些热量产生蒸汽，然后通过涡轮和发电机发电。

　　35 国合作研制，中国参与了什么？

　　法国总统埃马纽埃尔·马克龙和来自欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国的领导人宣布一个新的能源时代的开始，世界上最大的核聚变装置在法国南部 ITER 的组装正式开始。

　　在 ITER 的官网上，我们能够清晰地看到各国的分工。

　　在所有组件中，中国参与到环向场线圈（左上）、极向场线圈（左下）。

　　图为中国首批环向场线圈支撑启运

　　正是由于融合的巨大希望，ITER 项目才诞生：35 个伙伴国家是欧盟（加上英国和瑞士），中国，印度，日本，韩国，俄罗斯和美国。

　　这些国家/地区占世界人口的 50％ 以上，占全球国内生产总值的 80％ 以上，已汇集了丰富的专业知识和资源，以制造出首个工业规模的研究融合设备。

　　法国是东道国。与英国和瑞士组成的欧盟是东道国，提供 ITER 费用的 45％。美国，中国，日本，俄罗斯，印度和韩国的其他每个成员国出资9％。

　　ITER 托卡马克能提供多少能量?

　　核聚变的燃料存在于海水和锂中。它足够丰富，可以供给人类数百万年。一个菠萝大小的燃料相当于一万吨煤。

　　ITER 的工厂将产生大约 500 兆瓦的热能。如果持续运行并与电网相连，这将转化为大约 200 兆瓦的电力，足以供应大约 20 万个家庭。

　　碳排放量的 70％ 以上来自能源使用。超过 80％ 的能源消耗来自化石燃料。核聚变发电却是是无碳的。它们不释放 CO2。

　　法国总统马克龙说：「这显然是对未来的一种信心。历史上最伟大的进步总是源于大胆的赌注，艰难的旅程。」

　　ITER 计划用 4.5 年组装完成，2025 年进行第一次使用。

　　参考链接：

　　https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E8%81%9A%E5%8F%98

　　https://www.iter.org/proj/inafewlines

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak

　　http://indico.ictp.it/event/7642/session/23/contribution/105/material/slides/0.pdf

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak#ITER