劉遠舉

研究聚變的物理學家中流傳著一個很久的笑話：新聞界又開始報道核聚變技術要在30年后進入實用階段、核聚變工廠即將開工的消息了

2021年5月28日，中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創(chuàng)造新的世界紀錄，成功實現(xiàn)可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，該成績打破了2020年年底韓國創(chuàng)造的1億攝氏度20秒的紀錄，將時間延長了5倍?？蒲腥藛T稱新紀錄進一步證明核聚變能源的可行性，也為邁向商用奠定物理和工程基礎。這是人類掌控核聚變的又一次成功突破。

核聚變，指輕原子核，例如氫的同位素氘和氚，聚合為較重原子核，例如氦。聚變過程，會損失一定質量，根據(jù)愛因斯坦質能方程，這些質量會轉變?yōu)榫薮蟮哪芰俊岷司圩兪怯钪嬷械某Ｒ姮F(xiàn)象，太陽就是一個巨大的熱核聚變反應爐。

人類對核聚變認識，差不多有100年了。1932年，馬克·奧利芬特完成了氫同位素的實驗室聚變。20年后，1952年，氫彈試驗成功。氫彈是人類歷史上第一次利用核聚變。不過，這種方式是劇烈的、不可控。其實，單單可控，人類也能做到，但這樣的聚變反應，輸入能量大于輸出能量，得不償失，而且時間也極短，所以，不能用來發(fā)電。要想聚變被用來發(fā)電，不但要可控，還要輸出能量大于輸入，并且持續(xù)、平穩(wěn)。

太陽的聚變反應，靠重力約束，但仍然需要巨大的空間，才能容納這樣一個高溫物體。太陽表面的日珥，高于日面幾十萬千米，而地球的直徑才1.2萬多千米。即便如此，沒有磁場、大氣層的保護，地球生物仍然承受不了太陽核聚變所發(fā)射的射線。顯然，地球上沒有那么大空間，要想實現(xiàn)大規(guī)模的聚變，還得想其他辦法。

核聚變發(fā)生時，是等離子狀態(tài)，溫度達到幾千萬度甚至幾億度。沒有任何容器可以承受這樣的高溫。那么，一個思路就是用一種無形的力去約束等離子體。人類想到的辦法是磁場。

從1940年代末起，各國對聚變發(fā)電可行性展開了大量研究，投入大量的人力與經(jīng)費，開發(fā)了多種磁籠。到了1970年代，蘇聯(lián)科學家伊戈爾·塔姆、安德烈·薩哈羅夫和列夫·阿齊莫維齊等人在1950年代發(fā)明的“托克馬克”（Tokamak）逐漸顯示出了優(yōu)勢，并在1980年代成為聚變能研究的主流。托克馬克的中央是一個環(huán)形真空，外面圍繞著線圈。通電時其內部會產(chǎn)生巨大螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，并加以約束，達到受控核聚變的目的。

此次合肥的EAST于2000年開建，2006年建成，是由中國自行設計研制的，又被稱為東方超環(huán)。EAST的一系列里程碑成果表明，中國磁約束聚變研究在穩(wěn)態(tài)運行的物理和工程方面，開始引領國際前沿。

不過，核聚變所要求的技術、資金、人力是如此之大，往往是一國所難以獨力承受的。

1970年代后期到80年代中期，美國、日本、俄羅斯、歐洲陸續(xù)建成了五個大型的托卡馬克裝置。1985年，里根-戈爾巴喬夫倡議蘇聯(lián)、歐盟（通過歐洲原子能共同體）、美國和日本平等地參與建設ITER。2006年5月24日，歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度7方代表草簽了一系列相關合作協(xié)議，標志著這項計劃開始啟動。ITER是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，也是國際科技合作史上前所未有的。它的建造周期很長，計劃耗資五十億美元（1998年值）。

需要指出的是，ITER的目標是實現(xiàn)氘氚放電自持300-500秒，預期功率到500MW。但這仍然是一個實驗，離商業(yè)化還非常遙遠。

可控聚變被認為能為人類帶來無限的清潔能源，遠景規(guī)劃非常誘惑人。然而，遺憾的是，過去幾十年，在投入了無數(shù)資金之后，科學家取得的成就非常有限，實用性的商業(yè)價值，還遙不可及。研究聚變的物理學家中流傳著一個很久的笑話：新聞界又開始報道核聚變技術，要在30年后進入實用階段、核聚變工廠即將開工的消息了。

媒體難免夸張，是因為前景太過美好。

人類的工業(yè)歷史，無非是挖礦、種植，得到原材料，然后引入能量制造產(chǎn)品。挖礦本身需要能量，而種植無非是把太陽能變?yōu)樘嫉幕衔?。所以，人類的生活本質上是由利用能量的程度決定的。而核聚變，可以提供廉價、清潔的能源，一旦實現(xiàn)，勢必從根本上改變我們的生活。

比如，一些高耗電的行業(yè)就沒有了電力的限制，勢必會發(fā)生變革，例如鋼鐵、化工等產(chǎn)業(yè)。電力成本降低，整個產(chǎn)品成本也隨之降低。而煤炭、原油行業(yè)，逐漸被替代，地球環(huán)境也會更好。再比如現(xiàn)在的電動汽車被一些人溢美為“新能源車”，但有的能源的來源一點都不新，電力仍以化石燃料為主。只有當可控核聚變真正占據(jù)能源供應的主流時，以此能源的新能源車才實至名歸。

前景如此美好，人類翹首以盼，但前路遙遠，道阻且艱，還有待科學家的努力，探索那無盡的前沿。

（作者系上海金融與法律研究院研究員）