核聚變：距離實用還有多遠？

剛剛過去的這一周，“核聚變”成為足夠吸引眼球的科技新聞關鍵詞。

10月15日，美國洛克希德·馬丁公司，已經設計出一款能夠裝載在一輛卡車上的緊密型核聚變反應堆，目前正在尋求商業或政府方面的合作伙伴，并宣稱將在五年內制造出原型。消息一出，輿論嘩然，盲目叫好的有之，深度質疑的亦有之。“核聚變”究竟怎么了？

“核聚變”的魅力何在？

在全球傳統能源日漸緊缺的形勢下，人類一直都在探索新型能源的開發和使用，包括太陽能、風能、地質能、生物能、核能等，本文的主角——“核聚變”，是產生核能的一種方式，也是迄今為止，最高級也最難以“駕馭”的能源來源。

核能也叫原子能，通過核裂變、核聚變和核衰變三種形式釋放能量，除了核衰變是自然狀態下緩慢發生，裂變和聚變的核反應形式都異常激烈。

眾所周知，新中國最偉大的科技成就，就是成功試爆了原子彈和氫彈。原子彈應用的就是核裂變原理；比原子彈威力更大的氫彈，則利用核聚變來發揮作用。

核聚變比核裂變放出的能量更大。太陽內部連續進行氫核聚變過程，它的光和熱就是由核聚變產生的。相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，而且其原料可直接取自海水，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式，也是備受青睞和追捧的重要原因。

國際熱核聚變實驗堆計劃，簡稱“ITER計劃”，是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。該計劃倡議于1985年，工程設計于2001年完成，此后經5年談判，包括中國在內的七個國家于2006年正式簽署聯合實施協定，正式啟動歷時將達35年的ITER計劃，2013年6月，主裝置“托卡馬克”綜合體建設工作在法國開始，ITER項目正進入全面建設階段。

ITER計劃的實施結果將決定人類能否迅速地、大規模地使用聚變能，從而可能影響人類從根本上解決能源問題的進程。

人類還不能“控制”它！

核裂變原子能除了被用作戰爭武器，更多的是被人類和平利用，如建造核電站發電等，但利用聚變能可沒那么容易。

到目前為止，雖然人類已經可以實現不可控核聚變，如氫彈爆炸，但要想有效利用它，必須能“控制”核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出。這也成為人類掌握聚變核能源道路上的最大掣肘。

用什么才能“控制”住核聚變反應？通俗地說，能點燃燃料，能約束聚變，能輸出能量。問題來了——點火需要瞬間超高溫度和壓力（想想太陽內部熱核反應的條件），約束聚變的“容器”只能用激光慣性約束和磁場約束（任何地球物質做的容器都承受不住超高溫高壓）。

激光點火時間必須控制在十億分之一秒，才能引起燃料內爆壓縮產生聚變能量。2013年9月，美國核聚變國家點火裝置（NIF）宣布，首次實現燃料靶點輸出能量超出輸入能量。中國的“神光”高功率激光打靶裝置，使我國成為繼美國之后世界上第二個具備獨立研究和建設新一代高功率激光驅動器能力的國家。

基于磁約束的ITER計劃被寄予厚望，該“人造太陽”工程的核心裝置叫做“托卡馬克”（TOKAMAK），名字來源于環形、真空室、磁、線圈的英文，由前蘇聯科學家阿齊莫維齊等人在上世紀50年代發明。裝置中央是個環形真空室，外面纏繞著線圈。通電時，內部會產生巨大螺旋型磁場，將等離子體加熱到超高溫度，以促成核聚變。中國科學院等離子體物理研究所的EAST托克馬克，近年來取得了很高的成就。本文的新聞主角也都是使用這種約束方式。

遭“質疑”且行且珍惜

從理論上來講，磁約束核聚變的工作原理已經清楚了，從實際操作來看，要想真正獲取核聚變能，還面臨大量物理和工程難題。

而洛克希德·馬丁公司宣布，設計的磁約束密集型核聚變裝置，要想把尺寸控制在能放在一輛卡車上的大小（7×10英尺），且宣稱在五年內造出原型，恐怕并非說起來那么簡單。即便是積累了幾十年的能源研究經驗，即便是希望用來替換軍艦和飛機上的核裂變反應堆，該公司宣稱的這種方案，在業界看來還僅僅停留在“紙上談兵”階段。

據華盛頓郵報報道，可再生能源和氣候策略研究院院長喬·吉爾默說：“當然，我非常希望核聚變作為世界能源大家族的一員盡快發揮作用，但是，這個宣告距離原型的誕生還有很長的路程，更別說建造成穩定的商業化能源提供設備了。”

墨爾本大學未來能源研究團隊首席科學家羅杰·達格威利則說：“核聚變要求非常高的溫度和壓力，這是最關鍵的挑戰，很多科學家都已經在這上面奮斗了很長時間，所以聽到這種消息，我還不會太興奮。”

另據報道，同樣在上周，華盛頓大學的工程師們也在俄羅斯彼得堡國際原子能機構的聚變能學術會議上宣稱，其設計的概念核聚變反應器，如果擴展到大型電廠規模時，其經濟成本將低于產生同樣電量的燃煤電廠的成本。