各位好，我是冬曉。7月28日，世界最大的核聚變裝置，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER），在法國(guó)開始組裝，35個(gè)國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人遠(yuǎn)程視頻、參加慶典。該反應(yīng)堆是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的托卡馬克，也被叫做“人造太陽(yáng)”，由中國(guó)、歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、印度聯(lián)合建造。工程建設(shè)中，中國(guó)提供了核心設(shè)備。今天的視頻我們就講一下人造太陽(yáng)的那些事。

核聚變，兩個(gè)原子核碰撞結(jié)合，釋放能量。氫彈將這一理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，瞬間爆炸，產(chǎn)生巨大的能量。但這樣的方式不可控，做武器還行，用來(lái)發(fā)電就純屬異想天開。太陽(yáng)內(nèi)部核聚變?yōu)槭裁茨艹掷m(xù)? 因?yàn)樗|(zhì)量大，產(chǎn)生的強(qiáng)大引力指向內(nèi)部，抵消了聚變產(chǎn)生的向外壓力，構(gòu)成平衡。有了這種平衡，物質(zhì)不會(huì)炸散開來(lái)，聚變能持續(xù)進(jìn)行。

氫的同位素，氘、氚，是常用的聚變?cè)?，它們的混合氣體，必須在超過(guò)1億度高溫環(huán)境下，才能產(chǎn)生大規(guī)模反應(yīng)。這樣高的溫度，原子中的電子和原子核分開，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，形成等離子體?？煽睾司圩?，需要將這團(tuán)氣體約束在高溫環(huán)境中，太陽(yáng)靠引力約束，那么人類呢？用容器裝嗎？問(wèn)題是，這樣的容器該用什么材料制造？1億度的高溫，任何材料也無(wú)法承受。

早期的科學(xué)家嘗試了很多方案，仿星器，箍縮機(jī)、磁鏡等。很遺憾，這些裝置工作不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)效果不理想。為了約束高溫等離子體，政府需要投入更多的錢，建造更精密的設(shè)備。50年代，美國(guó)投入巨額資金，啟動(dòng)“舍伍德工程”，希望成為聚變研究的領(lǐng)頭羊，但這被英國(guó)搶了先，他們的ZETA聚變裝置取得重大突破。ZETA的投資比“舍伍德工程”少得多，這下美國(guó)人臉上掛不住了，不讓英國(guó)發(fā)布實(shí)驗(yàn)成功的消息。兩國(guó)媒體相互拱火，英國(guó)《觀察家報(bào)》說(shuō)：這是羨慕嫉妒恨。《紐約時(shí)報(bào)》說(shuō)：不對(duì)，我們不可能比你差。后來(lái)，美國(guó)迫于外界壓力，允許英國(guó)人發(fā)表相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果，專家驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，這次實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有成功。這期間，各國(guó)實(shí)驗(yàn)都沒(méi)什么進(jìn)展，政府不愿意再多投錢，研究經(jīng)費(fèi)減少。1958年，科學(xué)家們?cè)谌諆?nèi)瓦開了個(gè)會(huì)，大家合計(jì)合計(jì)，看看有什么更好的核聚變方案。蘇聯(lián)科學(xué)家薩哈羅夫提出的“托卡馬克”概念，走進(jìn)大眾視野。

“托卡馬克”，俄語(yǔ)意思“環(huán)狀磁容器”，這個(gè)裝置類似汽車輪胎，中空的，尺寸比輪胎大得多。在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，高溫等離子體懸浮起來(lái)，被約束在環(huán)狀腔體內(nèi)，不接觸設(shè)備內(nèi)壁。

蘇聯(lián)人剛拿出該裝置時(shí)，西方國(guó)家覺得這是騙人的玩意兒，就憑他們那點(diǎn)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)可控核聚變? 1969年，英國(guó)科學(xué)家跑到莫斯科查看，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這個(gè)方案是真的有效的。歐美各國(guó)知道消息后，一哄而上，紛紛建造起托卡馬克。1982年，美國(guó)搞出了TFTR，1983年，歐洲弄出了JET，1985年，日本研制出JT-60。三套設(shè)備中，聚變產(chǎn)生的能量已經(jīng)接近外界輸入的能量，好比做生意，收入等于支出，不賺不虧。要是聚變能量再大點(diǎn)，就能支持發(fā)電了。怎么做才能實(shí)現(xiàn)呢？建造更大的托卡馬克。更大意味著更多的投資，單個(gè)國(guó)家無(wú)法承擔(dān)，于是就有了“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）”計(jì)劃。

1985年，項(xiàng)目啟動(dòng)，當(dāng)時(shí)僅有四個(gè)國(guó)家參與，分別是：美國(guó)、蘇聯(lián)、歐共體、日本。新組織獨(dú)立于聯(lián)合國(guó)原子能委員會(huì)。所謂的“國(guó)際”項(xiàng)目，實(shí)際上是排他的，只有強(qiáng)國(guó)才能玩得起。其他國(guó)家要想加入也行，只能以這某個(gè)成員國(guó)的“小伙伴”身份加入。加拿大是以歐共體小伙伴身份參加的。當(dāng)時(shí)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)落后，沒(méi)人肯帶我們。

項(xiàng)目討論了近十年，到1996年預(yù)算才出來(lái)了，至少一百億美元。美國(guó)一看，立馬退出。在這上面燒這么多錢，肯定影響國(guó)內(nèi)聚變研究。而且國(guó)會(huì)要照顧石油利益集團(tuán)，不會(huì)輕易撥款支持新能源。俄羅斯也有難處，經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，靠賣石油續(xù)命，對(duì)合作計(jì)劃不上心。日本股市、房市泡沫破裂，出這么多錢，心疼。只剩下歐盟自己吆喝了，項(xiàng)目一直沒(méi)有實(shí)質(zhì)進(jìn)展。

? 花開兩朵，各表一枝。自上世紀(jì)70年代起，中國(guó)就開始研究托卡馬克裝置了。只是當(dāng)時(shí)受技術(shù)和資金制約，建造規(guī)模很小，沒(méi)有實(shí)力參加“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”項(xiàng)目。后來(lái)，蘇聯(lián)解體，莫斯科庫(kù)爾恰托夫研究所寫信給中國(guó)，愿意贈(zèng)送超導(dǎo)托克馬克裝置T-7。庫(kù)爾恰托夫研究所前身，蘇聯(lián)科學(xué)院原子能研究所，世界上第一座原子能核電站，在這里設(shè)計(jì)的。1979年，該所建造了T-7，剛建好不久，蘇聯(lián)又搞出了一個(gè)更大的T-15，所以T-7一直閑置著吃灰了。俄國(guó)人為什么送給我們？往大了說(shuō)，可控核聚變涉及全人類利益，各國(guó)都會(huì)有合作，贈(zèng)送舊設(shè)備很正常。往事實(shí)際上說(shuō)，蘇聯(lián)剛解體，俄羅斯沒(méi)有多余的錢修理維護(hù)。當(dāng)然我們也沒(méi)白拿，以物易物，據(jù)說(shuō)回贈(zèng)了他們兩車皮羽絨服。

隨后T-7被拆解運(yùn)往中國(guó)。整套設(shè)備非常舊，跟垃圾堆里撿的一樣。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)、改造，1994年，建成HT-7超導(dǎo)托卡馬克，也被叫作“合肥超環(huán)”。中國(guó)掌握了超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)，成為第四個(gè)擁有此類裝置的國(guó)家，前面三個(gè)分別是俄羅斯、日本、法國(guó)。在新設(shè)備上，中國(guó)科學(xué)家做了很多實(shí)驗(yàn)，讓等離子體中心電子溫度達(dá)到1200萬(wàn)度，并維持到400秒，打破法國(guó)人的記錄。HT-7平臺(tái)，培養(yǎng)了一批工程師，為后來(lái)建造“東方超環(huán)（EAST）”奠定基礎(chǔ)。