又一個清潔能源夢寄托在核反應上，這次是熱核聚變，而且真的很貴

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法國聖保羅勒杜蘭電 - 普羅旺斯的石灰岩山脈中有一個塵土飛揚的建築工地，工人們繞著混凝土厚板疾走，這些厚厚的水泥板圍城一個環形，宛如現代的巨石陣。

這看起來就像是要建一個大型的商用發電站，但事實上並不是。這個工程叫做國際熱核聚變實驗反應堆（ITER），這是一個超大型、極其複雜並耗資巨大的物理實驗。如果這項實驗取得成功，它將決定未來發電站的命運，還將為減少全球溫室氣體排放做出巨大貢獻。

ITER 是國際熱核聚變實驗反應堆（International Thermonuclear Experimental Reactor）的縮寫，實驗的目的是驗證人們一個由來已久的夢想：讓太陽內部以及氫彈爆炸中的核聚變和原子反應變得可控，再利用其發電。

1985 年的美蘇峰會首次提出了這一設想，這是一個多國共同合作的項目。歐盟投入了 45% 的資金，美國、俄羅斯、中國和其他三個夥伴國各承擔 9% 的資金。人們一直認為這個實驗的成功，將是實現未來無限電力能源供應夢想的關鍵一步。

國際熱核聚變實驗反應堆產生的不是電力，而是熱量。如果試驗成功，反應堆產生的能量將大於消耗的能量。到目前為止，小型的核聚變實驗還達不到這一效果。與化石燃料發電站不同，核發電沒有溫室氣體排放，也就不會對氣候產生影響。目前的核反應大多是原子裂變而非聚變，而核聚變反應發電則不會產生核裂變的危害。

國際熱核聚變實驗反應堆項目的完成似乎總是還需要幾十個年頭。這個項目已經開展數年但推進困難，主要的問題出在實驗的設計和管理上，項目因此一再拖延，成本也不斷飆升。

總負責人伯納德·畢格特（Bernard Bigot）的出現讓項目終於有了進展。畢格特兩年前完成了一項對此項目十分關鍵的獨立研究，此後他接管了國際熱核聚變實驗反應堆項目。畢格特博士曾經是法國原子能機構的負責人，因解決了管理難題而廣受好評，他摒棄了政治因素的干擾，依據物理和工程學研究出了一份實際可靠的工作計劃。

畢格特在接受採訪時說：「我堅信項目在全速前進，還可能是加速前進。」

施工現場有許多塔吊，工作人員正在建造混凝土結構，它是支持整個實驗的核心，這一混凝土環形結構被稱為托卡馬克（tokamak）。核聚變將在等離子體中發生，等離子體是一團溫度超高的離子團，只能存在於超強的磁場中。

托卡馬克組件和其他組成部分，包括巨大的超導電磁鐵和一個直徑和高度約百米的鋼結構，這將是世界上最大的不鏽鋼真空管，它由參與國製造，預計明年在托卡馬克旁邊的一個巨型大廳中開始組裝。

這個項目的生產和建造規模不亞於船舶製造，但對細小原件精準程度的要求堪比腕錶，也因此面臨巨大的技術挑戰。

畢格特博士說：「這是一個挑戰。我們要對工程質量保持高度敏感。」畢格特將大部分的時間用在解決產於不同地方的元件的組裝問題上。

即便項目進展順利，不完成聚變、只用氫元素構成「第一個等離子體」的目標在八年之內也無法實現。所謂燃燒的等離子體，就是含有少量易熔燃料、由兩個氫元素的同位素氘和氚構成的物質，它可以保持 6 到 7 分鐘，釋放出巨大的能量，這一目標的實現最早也要等到 2035 年。

2035 年距離美國總統羅納德·里根（Ronald Reagan）和蘇聯領導人米哈依爾·戈爾巴喬夫（Mikhail S. Gorbachev）1985 年在日內瓦會議上最初提出合作進行核聚變實驗已有半個世紀。要建成高效商業核聚變發電站則需要更長的時間。

羅切斯特大學研究者里卡多·貝蒂（Riccardo Betti）跟蹤國際熱核聚變實驗反應堆項目多年，他說：「控制核聚變非常困難。等離子體不會平白無故聽你的話，它會想盡辦法讓你吃盡苦頭。」

實現核聚變也非常昂貴。國際熱核聚變實驗反應堆項目的設計和建造費用預計將達到 200 億歐元（按照當前匯率大約是 220 億美元）。但在某些參與國家（比如美國），由於其勞動力成本較高，製造某些部件的成本也會更高。美國在這個項目的最終投入預計將達到 40 億美元，其中包括一個大型的中央電磁場，據說這一電磁場足以舉起一架飛機。

儘管項目取得了一定進展，但對於國際熱核聚變實驗反應堆項目的質疑也不絕於耳，特別是美國。進入新世紀後，美國曾有五年退出了這一項目，美國能源部的資金支持也一直受到政治政策的遙控。

美國能源部在去年發布的一份報告中聲明，將繼續支持國際熱核聚變實驗反應堆項目，國會已經通過了 1.15 億美元的撥款。特朗普上台之後，尚不清楚美國是否還會繼續支持這個項目。特朗普已經特提出削減能源部科學辦公室 20% 的預算，而能源部的科學辦公室是國際熱核聚變實驗反應堆基礎研究的資助方。（美國能源部還資助了另外一個利用激光的核聚變項目，這個項由加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室執行，一直麻煩不斷。）

畢格特博士上周在華盛頓會見了新能源秘書里克·佩里（Rick Perry）並表示，他發現佩里「樂於傾聽」關於國際熱核聚變實驗反應堆項目的消息及其長期目標，畢格特還說：「但他一定要在預算上做出一些短期的抉擇。」

美國能源部新聞助理並未做出任何回應。

包括田納西州共和黨人亞馬爾·亞歷山大（Lamar Alexander）等的國會議員，在肯定畢格特努力的同時，也認為這個項目佔用美國能源部基礎研究預算的比重過大——這筆預算大約有 50 億美元。

國際熱核聚變實驗反應堆項目總負責人伯納德·畢格特，畢格特此前是發過原子能機構的負責人。圖片版權：國際熱核聚變實驗反應堆組織

亞歷山大在一份聲明中表示：「我依然擔心繼續支持國際熱核聚變實驗項目會影響科學辦公室其他重點計劃，能源部門已經表態，這些重點計劃更加重要，我的態度也是如此。」

如果美國退出，目前尚不清楚這一項目將會發生怎樣的變化。畢格特博士堅信，每個參與國家都希望這個項目能夠走到最後。他說：「你將有機會驗證聚變是否可行。機不可失，失不再來啊。」

即便是支持國際熱核聚變實驗的科學家也在擔心它對其他研究的影響，

馬里蘭州大學物理學家、國家美國國家科學院等離子科學委員會主席威廉·多蘭德（William Dorland）說：「各地的工作人員都擔心這是一場打不贏的仗，但這個項目為聚變反應提供了科學基礎。如果國際熱核聚變實驗反應堆能夠向前推進，可能會用掉所有的資金。但如果沒有更大的支持力度，加之美國的退出，實驗的妥協將大大降低其科學價值。」

在國際熱核聚變實驗反應堆的托卡馬克中，氘和氚的原子核將融合產生氦，這個過程中損失的一小部分質量將轉化為巨大的能量。中子會帶走大部分能量，躲過等離子體並撞擊托卡馬克的內壁產生熱量。

在核聚變反應堆中，熱量產生蒸汽為渦輪機提供動力而發電。現有的核電站大多通過燃煤來提供熱能。國際熱核聚變實驗反應堆將通過冷卻塔散熱。

法國國際熱核聚變實驗反應堆冷卻站中的柱子。圖片版權：國際熱核聚變實驗反應堆組織。

核聚變沒有失控反應或核反應堆核心熔毀的風險，即便產生核廢料，其影響也不會比聚變反應堆中作廢的燃料棒和放射性元件更加持久。

原子核為了實現聚變需要快速移動，原子核要達到非常高的溫度才能克服自然的排斥力並相撞。太陽內部極強的重力場起到了這一作用，原子核的溫度需達到約 1500 萬攝氏度才可以。

在托卡馬克里，因為沒有很強的地心引力，原子的溫度就要達到太陽的十倍左右。因此需要用到脈衝磁場和微波等產生的巨大能量來加熱等離子室。幾英尺之外，超導電磁鐵的線圈需要冷卻到絕對零度以上幾度。不用說也很清楚，這對材質和技術的挑戰非同尋常。

雖然目前所有的聚變反應堆產生的能量都小於消耗的能量，物理學家們希望國際熱核聚變實驗反應堆能夠藉助規模大的優勢改變這一現狀，它產生的能量將超過耗能的十倍以上。但這一項目依然面臨著諸多挑戰，最主要的問題就是要控制等離子體邊緣的不穩定狀態，因為這種不穩定會毀了整個實驗。

在建設的初級階段，這一項目就顯出了其非凡的複雜程度。混凝土厚板中嵌入了數千塊鋼板。這些鋼板看起來雜亂無章，但實際上，它們的位置都經過了精確的計算。國際熱核聚變實驗反應堆是按照法國核電站的標準建造的，因此不允許在混凝土板上面打孔。隨著工程的進行，這 8 萬塊鋼板將隨其他元件一同安置於指定位置。

畢格特博士表示，一兩個小錯誤就足以使數年的努力毀於一旦，在國際熱核聚變實驗反應堆的各項工作中，避免出錯的關鍵是不要趕時間。

面對外界對項目時間表的質疑，他說：「人們認為這個時間太長了。但如果你想保證質量，那就需要花時間。」

翻譯 熊貓譯社 孫一

製圖 馮秀霞

題圖來自 NYT

2017 THE NEW YORK TIMES

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