說(shuō)起核聚變，人們首先聯(lián)想到的就是地球上所有能量的來(lái)源：太陽(yáng)。太陽(yáng)釋放的巨大能量孕育了地球的生命，而如果太陽(yáng)系中還存在或者即將存在某種生命形式，它的誕生肯定都離不開太陽(yáng)。這個(gè)主要由氫氣和氦氣組成的巨大火球自身的能量來(lái)源便是氫離子的聚變反應(yīng)。然而氫核聚變所需的壓強(qiáng)和溫度要求太高，只存在于恒星內(nèi)部，人工無(wú)法模擬，人類只好尋找其他的聚變途徑。
按照這樣的思路，科學(xué)家便找到了利用氫的同位素氘（一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)中子）和氚（一個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子）來(lái)誘發(fā)核聚變的方法。地球海水中的氘可謂“取之不盡”，而用于生產(chǎn)氚的鋰在地球上也有比較豐富的含量。由于核聚變反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生任何高放射性的核廢料，在科學(xué)家心中成了最為理想的清潔能源，開發(fā)利用核聚變能也成為人類半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)的夢(mèng)想。從理論上說(shuō)，氘和氚誘發(fā)核聚變的方法較簡(jiǎn)單。只要氘和氚的距離足夠近，核聚變反應(yīng)就會(huì)發(fā)生，生成氦（兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子）和一個(gè)中子，并釋放巨大能量。
正因?yàn)楹司圩儼l(fā)電原理與太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱原理一樣，核聚變反應(yīng)堆被人們形象地稱為“人造太陽(yáng)”。“人造太陽(yáng)”的誘惑實(shí)在太過(guò)巨大。試想如果地球上數(shù)個(gè)“小太陽(yáng)”為人類供電、供熱，人們對(duì)能源短缺的擔(dān)憂還將繼續(xù)存在嗎？正是因?yàn)楹司圩冇腥绱说镊攘?，許多國(guó)家及國(guó)際機(jī)構(gòu)都斥巨資進(jìn)行核聚變研究，其中不得不提的便是美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF），以及位于法國(guó)南部卡達(dá)拉什附近的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）。
NIF今年即將點(diǎn)火
國(guó)際上將聚變研究的發(fā)展分為6個(gè)階段：原理性研究階段規(guī)模實(shí)驗(yàn)階段、點(diǎn)火裝置實(shí)驗(yàn)階段（氘氚燃燒實(shí)驗(yàn)）、反應(yīng)堆工程物理實(shí)驗(yàn)階段、示范反應(yīng)堆階段、商用化反應(yīng)堆階段。而目前人類對(duì)核聚變的研究仍處于第三階段，即點(diǎn)火裝置實(shí)驗(yàn)階段。在這一階段最具代表性的工程當(dāng)數(shù)NIF。
據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》近日?qǐng)?bào)道，花費(fèi)40億美元、耗時(shí)13年建造的、世界上最大也是能量最高的激光系統(tǒng)——NIF，即將在今年晚些時(shí)候啟動(dòng)。今后一兩年內(nèi)，NIF的１９２束激光會(huì)聚焦在一個(gè)比胡椒粒還小的靶丸上。來(lái)自激光束的能量會(huì)擊碎靶丸的核心，在如此強(qiáng)大的能量下，靶丸里的氫燃料會(huì)發(fā)生聚變并釋放能量，如同一個(gè)微型氫彈。
從外觀來(lái)看，NIF非常不搶眼。它沒(méi)有窗戶，大小和停機(jī)庫(kù)差不多，噴涂有防噪音的米黃色材料，看上去和周圍市郊的辦公園區(qū)很和諧。但是跟其他大型科學(xué)工程一樣，它的地下部分令人驚嘆不已。在內(nèi)部，數(shù)十米寬的管道從遠(yuǎn)處延伸過(guò)來(lái)，管道的另一端便是三層樓高的球形激光靶室，四周布有窗口讓激光束通過(guò)。在靶室中心，由氘和氚構(gòu)成的靶丸被放在一個(gè)看起來(lái)像鉛筆頭的巨大支架上。點(diǎn)火開始后，激光束會(huì)聚焦在毫米級(jí)靶點(diǎn)上，用強(qiáng)勁的激光脈沖擠壓靶丸——至少在極短的時(shí)間內(nèi)，該激光脈沖的功率會(huì)超過(guò)整個(gè)美國(guó)的電力消耗。
此類點(diǎn)火技術(shù)以前也曾進(jìn)行或試驗(yàn)，并取得過(guò)成功。但它以往存在的最大問(wèn)題在于，為誘發(fā)氘氚核聚變，泵入激光器的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于反應(yīng)釋放出的能量，這樣便使核聚變完全失去了它存在的意義。NIF存在的目的就是為了達(dá)到平衡收支，甚至使靶丸中心爆炸釋放的能量大于激光束注入的能量。從理論上講，多出來(lái)的能量可以收集起來(lái)用于發(fā)電。２００９年５月，當(dāng)NIF建成時(shí)，它在核聚變發(fā)電方面的潛能引起了媒體的廣泛關(guān)注。托馬斯·弗里德曼在《紐約時(shí)報(bào)》上刊登的一篇題為《下一個(gè)超酷事件》的專欄文章就是一個(gè)典型例證。他在文章中寫道：“每顆聚變靶丸都會(huì)突然釋放一陣能量，可以用來(lái)加熱熔鹽，產(chǎn)生大量蒸汽，為你的家庭供電。”如果今年的氘氚聚變實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利，再過(guò)大約一年，就能達(dá)到收支平衡?！犊茖W(xué)美國(guó)人》稱，這樣的進(jìn)度將比另一項(xiàng)核聚變工程領(lǐng)先至少１５年。
國(guó)際化的ITER
而說(shuō)到世界上其他地區(qū)開始的核聚變裝置建造工程，不得不提的就是耗資140億美元，在法國(guó)南部卡達(dá)拉什附近建造的ITER。與NIF不同，ITER不依靠激光進(jìn)行聚變誘導(dǎo)，而是利用超導(dǎo)磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將氫的同位素約束在一起，并把它們加熱到１.５億攝氏度，比太陽(yáng)表面溫度還高出２.５萬(wàn)倍。科學(xué)家預(yù)計(jì)，該實(shí)驗(yàn)獲得的能量也將超過(guò)輸入的能量，這也讓ITER有了存在價(jià)值。另外，跟NIF的激光系統(tǒng)間歇式爆炸能量不同，ITER能將等離子體約束長(zhǎng)達(dá)數(shù)百秒，產(chǎn)生持續(xù)的聚變能量。
ITER設(shè)計(jì)總聚變功率將達(dá)到５0萬(wàn)千瓦，是一個(gè)電站規(guī)模的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。ITER使用的是“托卡馬克”型磁場(chǎng)約束法——利用巨大環(huán)形超導(dǎo)磁場(chǎng)，對(duì)等離子體進(jìn)行加熱、約束，創(chuàng)造可以控制的產(chǎn)生聚變的物理?xiàng)l件。托卡馬克是俄語(yǔ)環(huán)向場(chǎng)磁體線圈的簡(jiǎn)稱，是核聚變物理實(shí)驗(yàn)裝置，其原理是利用環(huán)向磁場(chǎng)對(duì)等離子體進(jìn)行加熱、約束，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可控核聚變。ITER是基于托卡馬克磁約束位形的第一個(gè)將要付諸實(shí)施的熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，也是實(shí)現(xiàn)該類型聚變堆商業(yè)化應(yīng)用不可逾越的關(guān)鍵步驟。
同時(shí)，ITER也是一個(gè)不折不扣的國(guó)際化工程，成員國(guó)遍及全球。ITER計(jì)劃是１９８５年由美蘇兩國(guó)首腦倡議提出，其目的是建造聚變實(shí)驗(yàn)堆，探索和平利用驟變能發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)的可行性，為實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。ITER從１９８８年開始概念設(shè)計(jì)，直到完成《工程設(shè)計(jì)最終報(bào)告》，歷時(shí)１３年之久。2006年，中國(guó)、印度、日本、俄羅斯、韓國(guó)、美國(guó)和歐盟的代表在法國(guó)簽署“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）計(jì)劃聯(lián)合實(shí)施協(xié)定”，使熱核聚變實(shí)驗(yàn)研究的工業(yè)化應(yīng)用成為可能。
據(jù)悉，ITER項(xiàng)目最大股東為歐盟，供注資４５%。ITER歐盟方面的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)為“核聚變中心”（F4E）。盡管歐盟是７個(gè)成員國(guó)中資金貢獻(xiàn)最大的一個(gè)，但近年來(lái)歐盟卻遭到了來(lái)自其他６個(gè)成員國(guó)越來(lái)越多的批評(píng)。今年早些時(shí)候，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布２０１１年前，美國(guó)將把對(duì)ITER的資助減少４０%，至８億美元。而俄羅斯的聚變研究人員Velikhov也抱怨說(shuō)“ITER項(xiàng)目整個(gè)進(jìn)展太慢，尤其是被某些成員拖了后腿”，在他眼中“歐盟成為了ITER的軟肋”。
