參與“人造太陽”計劃，是中國目前投入最大的國際大科學(xué)1-程，也是中國有史以來首次以平等伙伴身份參加的規(guī)模最大的國際科技合作項目。 　　 　　人類迫切需要一個“人造太陽”來提供源源不斷的清潔能源。據(jù)1998年世界能源委員會公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按照1998年世界能源消耗量計算，已探明的可用儲量：石油可用約50年；天然氣可用約70年；煤炭可用約200年；天然鈾可用約60年；如果把全部資源納入考慮，大約也只能用200～300年，人類社會將面臨一次能源枯竭的嚴(yán)重危機(jī)。
　　與此同時，無論化石燃料還是寶貴的化工原料，如果僅用來做燃料，將其消耗殆盡的同時，也必然會對環(huán)境造成相當(dāng)嚴(yán)重的破壞和污染。這不僅是自然資源的不合理的使用，而且對人類社會的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重的威脅，為此付出的代價無法估量。因此。全球必須進(jìn)行并盡快完成戰(zhàn)略新能源的開發(fā)研究，對中國而言尤其如此，中國將比任何其他國家更快面臨嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染問題，中國的能源問題既是中國的問題也是世界的問題。
　　
　　新能源：聚變能的研究
　　
　　新能源有各種各樣，聚變能是其中之一。太陽的能量來自輕核聚變反應(yīng)，太陽每秒將6.57億噸氫聚變成氦，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成巨大的太陽能，成為支持太陽系統(tǒng)內(nèi)一切活動的能量源泉。研究了太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)后，人類設(shè)想可以通過人工控制氘―氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生聚變能。聚變能的優(yōu)勢很多，首先是能量巨大，一升海水中含有30毫克的氘，通過聚變反應(yīng)可釋放出的能量相當(dāng)于300多升汽油的能量；其次能量安全，聚變的反應(yīng)產(chǎn)物是非放射性的。聚變?nèi)剂鲜前匆欢ㄋ俣群蛿?shù)量加入的，所以任何時候在反應(yīng)室內(nèi)的聚變?nèi)剂隙疾欢�，在進(jìn)行核聚變反應(yīng)時，即使失控也不會產(chǎn)生嚴(yán)重事故。聚變能的能量消耗對環(huán)境的破壞微乎其微，由于聚變反應(yīng)不產(chǎn)生二氧化碳和二氧化硫等有害氣體，也不會像核裂變那樣產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，特別是半衰期長的錒系元素，它的反應(yīng)產(chǎn)物只是非放射性的惰性氣體氦，所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)只是可能泄漏的微量氚和半衰期很短的活化材料。顯然，聚變能是人類可持續(xù)發(fā)展的清潔安全而又資源無限的新能源。
　　然而，在地球上實現(xiàn)持續(xù)的可控輕核聚變反應(yīng)，條件要求相當(dāng)苛刻，對目前的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)具有很大的挑戰(zhàn)性。目前，人類實現(xiàn)受控?zé)岷司圩冎饕�有兩種途徑――磁約束和慣性約束。由于慣性約束更多地與軍事相關(guān)，所以保密性較強(qiáng)，而磁約束聚變研究則屬于相對公開的領(lǐng)域。認(rèn)識聚變能，還要從磁約束聚變研究的起源開始談起。
　　早在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國在研制原子彈的時候，就已經(jīng)開始關(guān)注受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)的可能性。第二次世界大戰(zhàn)末期，美國、英國和蘇聯(lián)從軍事上考慮，一直在互相保密的情況下開展可控核聚變的研究。針對聚變反應(yīng)的反應(yīng)物――高溫等離子體的約束，大家不約而同地想到了使用磁場，即通過強(qiáng)大的磁場形成一個封閉的環(huán)繞型磁力線，讓等離子體沿磁力線運(yùn)行。
　　等離子體具有這樣一個性質(zhì)――磁場不可穿過其內(nèi)部，只可以沿著等離子體的邊沿繞行，這樣就可以使用磁場將等離子體約束起來，利用運(yùn)動電荷在磁場中作圓周運(yùn)動的規(guī)律，使核聚變物質(zhì)與容器隔離。但是在研究和實驗過程中人們很快就發(fā)現(xiàn)這種約束方式要比預(yù)想的困難得多，主要的障礙是等離子體的宏觀不穩(wěn)定性。這個困難難倒了大群的科學(xué)家，他們的研究也因此止步不前。
　　1958年出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)。為了共同解決遇到的難題，在日內(nèi)瓦召開的第二屆和平利用原子能國際會議上，各國有關(guān)聚變研究的情況完全公開。在該次會議中，除了蘇、美、英三國以外，德、法、瑞典、日本等國家也都有這方面的報告提出，在證實各個國家研究能力的同時，聚變研究成為會議的中心議題，得到全世界的關(guān)注和討論。值得一提的是，聚變研究的領(lǐng)頭羊――蘇聯(lián)還在會上宣布建成在當(dāng)時規(guī)模巨大的磁鏡裝置奧格拉(OrPA)，這是當(dāng)時最為先進(jìn)的聚變裝置，得到大會的高度評價。會議之后的數(shù)年，聚變研究有了飛速發(fā)展，大量有關(guān)文獻(xiàn)在期刊和會議錄上相繼涌現(xiàn)，聚變研究的重點也轉(zhuǎn)向了高溫等離子體物理的一些基礎(chǔ)課題。
　　
　　托卡馬克突出重圍
　　
　　經(jīng)過了1958年的解禁之后，各國都開始了公開的研究與討論。但是通過各種各樣的研究模式和方法上的努力，還是難以達(dá)到參數(shù)要求，距離建成實驗堆仍有非常遠(yuǎn)的距離，全世界對聚變能的未來充滿了悲觀情緒。在實驗研究上，為了克服等離子體宏觀不穩(wěn)定性問題的干擾，科學(xué)家設(shè)計并研發(fā)了各種各樣的實驗裝置，其中以箍縮裝置、磁鏡、仿星器和托卡馬克(Tokamak)為主要研究裝置。
　　托卡馬克裝置最初是由蘇聯(lián)莫斯科庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在1954年發(fā)明的，是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器。它的名字來源于環(huán)形(torordal)、真空室(komera)、磁(magmt)、線圈(kotushka)，中文大意是環(huán)形磁籠真空放電器，也有個很貼切但沒有推廣的中文名“環(huán)流器”。這個裝置的出現(xiàn)，影響了整個世界的聚變研究方向。
　　1968年，又一次出現(xiàn)了曙光。這一年在蘇聯(lián)召開的第三屆核聚變國際會議上，來自蘇聯(lián)的阿奇莫維奇院士展示了托卡馬克裝置(T－3)的實驗結(jié)果：T－3利用強(qiáng)縱場在克服等離子體的宏觀不穩(wěn)定性上取得了突破性的進(jìn)展，等離子體的各項參數(shù)有很大提高。這個結(jié)果令人鼓舞和興奮，然而西方的科學(xué)家并不相信蘇聯(lián)人測定的參數(shù)結(jié)果。于是1969年由英國卡拉姆實驗室主任皮斯派出一個專家小組，帶了自己的湯姆遜散射儀去測量，最終測量的結(jié)果證明了T－3的可靠性。
　　此后，托卡馬克從眾多實驗裝置中脫穎而出，在全世界掀起一股托卡馬克熱。這種熱潮使得在20世紀(jì)80年代初，世界上就建造了4個接近聚變堆的大型托卡馬克，每個裝置的投資都是上億美金。這4個裝置分別是美國醬林斯頓大學(xué)等離子體物理研究所(PPPL)的TFTR、歐洲卡拉姆的JET、日本原子能研究所的JT-60和蘇聯(lián)庫爾恰托夫原子能所的T-15超導(dǎo)托卡馬克。
　　
　　中國磁約束聚變研究
　　
　　一般認(rèn)為，中國1958年真正開始進(jìn)行聚變研究，與第二屆日內(nèi)瓦和平利用原子能國際會議是同一年。當(dāng)時中國的聚變研究主要在二機(jī)部系統(tǒng)和科學(xué)院中開展。早期在錢三強(qiáng)的帶領(lǐng)下，二機(jī)部系統(tǒng)建造一系列的小型聚變裝置。同時，科學(xué)院的一些研究所，如物理所、電工所、力學(xué)所以及西安光機(jī)所等，包括水利水電部下屬的電力科學(xué)研究院，都開展了聚變方面的理論或是實驗研究。另外，高等院校也扮演了重要的角色。包括北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、華東師范大學(xué)、上海師范學(xué)院等在內(nèi)的高校對中國聚變研究的理論、文獻(xiàn)和人才培養(yǎng)也做出了巨大貢獻(xiàn)。
　　文革前夕，中國聚變研究的布局已經(jīng)發(fā)生了很大變化。由于國民經(jīng)濟(jì)的困難，以及 國家三線建設(shè)的決策和需要，很多單位的研究工作，特別是實驗研究紛紛停車或下馬。文革以后，中國的聚變研究盡管遭遇多方困難，但依舊緊隨世界腳步，持續(xù)發(fā)展。受到國際聚變研究的影響，中國也把研究力量放在托卡馬克裝置上，各個研究機(jī)構(gòu)包括高等院校都開始研究并建成了自己的一系列托卡馬克聚變裝置。其中中科院物理所、合肥等離子體物理研究所，核工業(yè)西南物理研究院成為中國主要的聚變研究陣地。
　　中科院物理所的CT-6是我國第一臺托卡馬克裝置，CT是中國托卡馬克之意(China Tokamak的第一個字母組合)，之后又建成了升級版CT-6B。在當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)社會條件下，建成這樣的兩個裝置所遇到的困難是難以想象的。
　　中國科學(xué)院合肥聚變站(即現(xiàn)在的合肥等離子體物理研究所)成立之后的1975年，在接受了中科院物理所贈送的真空室之后建成了一臺空心變壓器的托卡馬克，稱為HT-6，HT是合肥托卡馬克之意(HelmTokamak的首字母組合)，后來又建造了兩個托卡馬克裝置分別是HT-6B和HT-6M。隨著裝置的不斷進(jìn)步，合肥等離子體物理研究所成為了中國聚變研究的重鎮(zhèn)。1994年是合肥所發(fā)展的關(guān)鍵之年，這一年合肥等離子體物理研究所建成了中國第一臺超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7。
　　關(guān)于HT－7裝置，還有一段有趣的故事。
　　1990年，時任國際熱核聚變理事會中國理事的李整武先生將蘇聯(lián)理事Kadomtsev的一封信轉(zhuǎn)交給了合肥等離子體物理所的霍裕平所長，信中建議將蘇聯(lián)的一個用于工程研究的超導(dǎo)托卡馬克裝置T-7轉(zhuǎn)讓給合肥所。但這個裝置原先設(shè)計是工程研究用的，磁體結(jié)構(gòu)非常緊湊，并不適宜于實驗研究。當(dāng)時等離子體物理所的研究經(jīng)費(fèi)也非常困難。但所里下了破釜沉舟的決心，通過向銀行貸款，用800萬人民幣和一些286微機(jī)換回這臺蘇聯(lián)人認(rèn)為不可能做物理實驗的裝置。拆運(yùn)回國之后，合肥所研究人員在外國專家的幫助下進(jìn)行了磁體系統(tǒng)的改造又加進(jìn)了自己的最新設(shè)計，通過全所研究人員的勤奮鉆研，刻苦努力，終于在1994年12月28日將該裝置成功地改造成世界第二大超導(dǎo)托卡馬克HT-7，成為了繼俄、法、日之后的第四個擁有超導(dǎo)托卡馬克裝置的國家，引起了全世界的矚目。在HT-7成功運(yùn)行和物理實驗取得重大進(jìn)展的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)論證，更為先進(jìn)的大型超導(dǎo)托卡馬克裝置的建造列入了研究計劃，當(dāng)時稱為HT-7U，后來改稱EAST(Experimental AdvancedSuperconducting"Tokamak“先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置”的縮寫)。EAST系統(tǒng)于2006年初建成并順利進(jìn)行了首輪工程調(diào)試，并成功地實現(xiàn)了物理運(yùn)行。EAST與國外同類裝置相比，項目使用資金最少、建設(shè)速度最快并在建成后的極短時間內(nèi)就取得了重大實驗進(jìn)展，因而受到國際聚變界的高度評價。
　　中國聚變研究的另外一個重要基地，是核工業(yè)西南物理研究院。該院第一個托卡馬克裝置是中國環(huán)流器一號裝置HL-1(HL是漢語拼音“HuanLiu”的簡寫)，隨后改進(jìn)發(fā)展為中國環(huán)流器新一號裝置(HL-1M)。后來，由于單位體制發(fā)生了改變，西南物理研究院在聚變研究的道路上遇到了很大的困難，當(dāng)時很多人認(rèn)為已經(jīng)無法再建造新的裝置，在此情況下，西南物理研究Ngk1988年就與德方接洽，希望德國的ASDEX裝置退役后能轉(zhuǎn)讓給該院，以接替HL-1M。然而裝置引進(jìn)的過程并不順利。最初德國人想把裝置轉(zhuǎn)讓給巴西人，但最終得益于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和當(dāng)時極其良好的中德關(guān)系，在德國總理施羅德訪華后通過政治和外交關(guān)系敲定將裝置送給中國�？梢韵胂笕绻麚Q作現(xiàn)在的德國總理默克爾，這樣的交易結(jié)果就是未知數(shù)，從這次交易中也可以看出國家政治與科學(xué)技術(shù)發(fā)展之間微妙的關(guān)系。1997年，西南物理研究院派出工程人員將ASDEX裝置完好地拆運(yùn)回國，但由于當(dāng)時裝置建造尚未獲立項，所以這些零件都堆在臨時倉庫里。直到1999年立項獲得批準(zhǔn)，中國環(huán)流器二號A裝置(HL-2A)才作為另一項大科學(xué)工程正式動工。2002年12月3日，HL-2A在成都白家新基地投入運(yùn)行。這是中德合作建造的裝置，由于應(yīng)用了新技術(shù)，安裝了新設(shè)備，使該裝置在國際聚變研究中占有重要地位。
　　中國的聚變研究一直是跟隨著國際的腳步摸索前進(jìn)，特別是容易受到美國的影響。進(jìn)入90年代后期，美國的聚變研究受到了前所未有的沖擊和冷落，美國國會大幅削減磁約束聚變研究經(jīng)費(fèi)。受此影響，中國的聚變研究也面臨重重危機(jī)，特別是一些有名望的華人科學(xué)家在看到美國的聚變研究計劃出現(xiàn)困難后，便建議中國政府跟隨美國步伐放棄或減少對聚變研究的支持，由此，缺少了國家大力支持的中國聚變研究面臨生死考驗，導(dǎo)致當(dāng)時的聚變科研隊伍大幅度萎縮，其中中國科學(xué)院物理研究所、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等機(jī)構(gòu)的聚變研究全部中斷，到目前為止，只有北京大學(xué)逐步恢復(fù)中斷的研究。
　　
　　ITER計劃與“人造太陽”
　　
　　ITER(International ThermonuclearExperimental Reactor)的全稱是國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆�！癐TEIL”在拉丁文中意為“道路”，ITEK也意味著人類和平利用核聚變能源之路。由于核聚變研究是一項耗資巨大、研究周期相當(dāng)長的大科學(xué)研究項目，人們認(rèn)識到只有開展廣泛的國際合作，才能達(dá)到實現(xiàn)核聚變能利用的目標(biāo)。ITER計劃便應(yīng)運(yùn)而生。
　　從1987年美、蘇、歐、日四方進(jìn)行ITER設(shè)計到現(xiàn)在，20多年已經(jīng)過去，ITER計劃由最初4方國際合作，發(fā)展到現(xiàn)在包括美國、日本、歐盟、中國、俄羅斯、韓國和印度在內(nèi)的7方合作，是目前世界上繼國際空間站之后最大型的國際大科學(xué)合作計劃。ITER項目預(yù)計持續(xù)30年，前10年用于建設(shè)，后20年用于操作實驗。這一項目總花費(fèi)預(yù)計約為100億美元，歐盟承擔(dān)50％的費(fèi)用，其余6方分別承擔(dān)10％，超出預(yù)計總花費(fèi)10％的費(fèi)用將用于支付建設(shè)過程中由于物價等因素造成的預(yù)算超支。此外，參與各國完全平等地享有項目的所有科研成果和知識產(chǎn)權(quán)。
　　ITER將集成當(dāng)今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學(xué)和技術(shù)成果，第一次在地球上實現(xiàn)能與未來實用聚變堆規(guī)模相比擬的受控?zé)岷司圩儗嶒灦眩�解決通向聚變電站的許多物理和工程問題。這是人類受控?zé)岷司圩冄芯孔呦驅(qū)嵱眠^程中的必不可少的一步，因此受到各國政府及科技界的高度重視和支持。
　　中國在加入ITER計劃過程中，經(jīng)歷了一場科學(xué)大論戰(zhàn)，主要焦點是聚變堆的科學(xué)可行性和工程技術(shù)可行性問題。很多科學(xué)家提出異議，主要是因為，他們不希望國家把研究經(jīng)費(fèi)投放到在他們看來有限的時期內(nèi)不可能實現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)中。經(jīng)過激烈的爭辯，最終國家決定要加入ITEIk國際合作計劃，并于2006年11月21日在法國巴黎正式簽署合作協(xié)議，于2007年正式由全國人大審議通過。這是迄今中國投入最大的國際大科學(xué)工程，也是我國有史以來有機(jī)會、有能力、以平等伙伴身份參加的規(guī)模最大的國際科技合作項目。按預(yù)期，該計劃將于2016年左右建成聚變堆，2030年左右完成實驗運(yùn)行。如果順利，21世紀(jì)中葉后便可實現(xiàn)商業(yè)化能源供給。參與該計劃研究工作的包括中國科學(xué)院等離子體物理研究所、核工業(yè)西南物理研究院等中國研究機(jī)構(gòu)，赫赫有名的EAST裝置和HL-2A裝置等將為我國在參與ITER計劃科學(xué)技術(shù)研究方面提供基礎(chǔ)和有效保障。
　　“ITER是我們這個時代最偉大的科學(xué)探索，世界人民攜手成立的全新的合作模式。ITER需要中國政府的支持，需要中國杰出科學(xué)家的思想。此時，中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心的成立，是ITER邁向成功的重要一步�！�2008年10月10日，中國科技部宣布成立中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心，應(yīng)邀出席掛牌儀式的國際熱核聚變實驗堆(ITER)國際組織總干事池田要發(fā)表了這樣的演說。
　　執(zhí)行中心主任程津培院士在介紹中國參加ITEK計劃的進(jìn)展情況時表示，在中國出資ITER建設(shè)總額10％的金額中，80％以實物方式投入，主要是磁體，20％以現(xiàn)金方式投入，但中國將享有全部知識產(chǎn)權(quán)，即獲得100％收益。執(zhí)行中心將積極組織參與ITEK計劃相關(guān)活動和ITER組織管理，保障我國作為ITER計劃平等伙伴的各項權(quán)益，履行我國參加ITEK計劃的承諾和義務(wù)。
　　ITEIk計劃因能源問題而誕生，為未來的“人造太陽”而努力。能源問題事關(guān)人類社會的未來，中國和世界都有責(zé)任承擔(dān)相應(yīng)的義務(wù)，也都在為未來能源的開發(fā)與應(yīng)用出謀劃策，交流合作，聚變能的開發(fā)應(yīng)用只是其中一例。盡管通往“人造太陽”的道路上困難重重，但所有的聚變工作者都已做好了準(zhǔn)備，無論路途多么坎坷，多么波折，也要堅持探索，堅持實踐，不斷取得進(jìn)步。我們期望有一天“人造太陽”給人類社會帶來福祉。

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