參與“人造太陽”計(jì)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(xiàng)目。 　　 　　人類迫切需要一個(gè)“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(huì)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照1998年世界能源消耗量計(jì)算，已探明的可用儲(chǔ)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(huì)將面臨一次能源枯竭的嚴(yán)重危機(jī)。
　　與此同時(shí)，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(shí)，也必然會(huì)對(duì)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(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重的威脅，為此付出的代價(jià)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(duì)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(dòng)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(shì)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(shí)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(shí)，即使失控也不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重事故。聚變能的能量消耗對(duì)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(huì)像核裂變那樣產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，特別是半衰期長(zhǎng)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(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩冎饕袃煞N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(duì)公開的領(lǐng)域。認(rèn)識(shí)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(shí)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(duì)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(chǎng)，即通過強(qiáng)大的磁場(chǎng)形成一個(gè)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(gè)性質(zhì)――磁場(chǎng)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(chǎng)將等離子體約束起來，利用運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，使核聚變物質(zhì)與容器隔離。但是在研究和實(shí)驗(yàn)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(gè)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(huì)議上，各國有關(guān)聚變研究的情況完全公開。在該次會(huì)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(bào)告提出，在證實(shí)各個(gè)國家研究能力的同時(shí)，聚變研究成為會(huì)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(huì)上宣布建成在當(dāng)時(shí)規(guī)模巨大的磁鏡裝置奧格拉(OrPA)，這是當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的聚變裝置，得到大會(huì)的高度評(píng)價(jià)。會(huì)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(huì)議錄上相繼涌現(xiàn)，聚變研究的重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)堆仍有非常遠(yuǎn)的距離，全世界對(duì)聚變能的未來充滿了悲觀情緒。在實(shí)驗(yàn)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(jì)并研發(fā)了各種各樣的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)很貼切但沒有推廣的中文名“環(huán)流器”。這個(gè)裝置的出現(xiàn)，影響了整個(gè)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(huì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果：T－3利用強(qiáng)縱場(chǎng)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(xiàng)參數(shù)有很大提高。這個(gè)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(cè)定的參數(shù)結(jié)果。于是1969年由英國卡拉姆實(shí)驗(yàn)室主任皮斯派出一個(gè)專家小組，帶了自己的湯姆遜散射儀去測(cè)量，最終測(cè)量的結(jié)果證明了T－3的可靠性。
　　此后，托卡馬克從眾多實(shí)驗(yàn)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(gè)接近聚變堆的大型托卡馬克，每個(gè)裝置的投資都是上億美金。這4個(gè)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(huì)議是同一年。當(dāng)時(shí)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(tái)托卡馬克裝置，CT是中國托卡馬克之意(China Tokamak的第一個(gè)字母組合)，之后又建成了升級(jí)版CT-6B。在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件下，建成這樣的兩個(gè)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(zèng)送的真空室之后建成了一臺(tái)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(gè)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(tái)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(shí)任國際熱核聚變理事會(huì)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(zhǎng)，信中建議將蘇聯(lián)的一個(gè)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(gè)裝置原先設(shè)計(jì)是工程研究用的，磁體結(jié)構(gòu)非常緊湊，并不適宜于實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)時(shí)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(tái)蘇聯(lián)人認(rèn)為不可能做物理實(shí)驗(yàn)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(jì)，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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jì)劃，當(dāng)時(shí)稱為HT-7U，后來改稱EAST(Experimental AdvancedSuperconducting"Tokamak“先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了物理運(yùn)行。EAST與國外同類裝置相比，項(xiàng)目使用資金最少、建設(shè)速度最快并在建成后的極短時(shí)間內(nèi)就取得了重大實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，因而受到國際聚變界的高度評(píng)價(jià)。
　　中國聚變研究的另外一個(gè)重要基地，是核工業(yè)西南物理研究院。該院第一個(gè)托卡馬克裝置是中國環(huán)流器一號(hào)裝置HL-1(HL是漢語拼音“HuanLiu”的簡(jiǎn)寫)，隨后改進(jìn)發(fā)展為中國環(huán)流器新一號(hào)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(shí)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(shí)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。可以想象如果換作現(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(shí)裝置建造尚未獲立項(xiàng)，所以這些零件都堆在臨時(shí)倉庫里。直到1999年立項(xiàng)獲得批準(zhǔn)，中國環(huán)流器二號(hào)A裝置(HL-2A)才作為另一項(xiàng)大科學(xué)工程正式動(dòng)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(huì)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(jì)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(duì)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(yàn)，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的聚變科研隊(duì)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(jì)劃與“人造太陽”
　　
　　ITER(International ThermonuclearExperimental Reactor)的全稱是國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)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(xiàng)耗資巨大、研究周期相當(dāng)長(zhǎng)的大科學(xué)研究項(xiàng)目，人們認(rèn)識(shí)到只有開展廣泛的國際合作，才能達(dá)到實(shí)現(xiàn)核聚變能利用的目標(biāo)。ITER計(jì)劃便應(yīng)運(yùn)而生。
　　從1987年美、蘇、歐、日四方進(jìn)行ITER設(shè)計(jì)到現(xiàn)在，20多年已經(jīng)過去，ITER計(jì)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(jì)劃。ITER項(xiàng)目預(yù)計(jì)持續(xù)30年，前10年用于建設(shè)，后20年用于操作實(shí)驗(yàn)。這一項(xiàng)目總花費(fèi)預(yù)計(jì)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(jì)總花費(fèi)10％的費(fèi)用將用于支付建設(shè)過程中由于物價(jià)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(xiàng)目的所有科研成果和知識(shí)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(shí)現(xiàn)能與未來實(shí)用聚變堆規(guī)模相比擬的受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)堆，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(jì)劃過程中，經(jīng)歷了一場(chǎng)科學(xué)大論戰(zhàn)，主要焦點(diǎn)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?yàn)椋麄儾幌Ｍ麌野蜒芯拷?jīng)費(fèi)投放到在他們看來有限的時(shí)期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)中。經(jīng)過激烈的爭(zhēng)辯，最終國家決定要加入ITEIk國際合作計(jì)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(huì)、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(xiàng)目。按預(yù)期，該計(jì)劃將于2016年左右建成聚變堆，2030年左右完成實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。如果順利，21世紀(jì)中葉后便可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化能源供給。參與該計(jì)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(jì)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(gè)時(shí)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(shí)，中國國際核聚變能源計(jì)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(jì)劃執(zhí)行中心，應(yīng)邀出席掛牌儀式的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)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(jì)劃的進(jìn)展情況時(shí)表示，在中國出資ITER建設(shè)總額10％的金額中，80％以實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)，即獲得100％收益。執(zhí)行中心將積極組織參與ITEK計(jì)劃相關(guān)活動(dòng)和ITER組織管理，保障我國作為ITER計(jì)劃平等伙伴的各項(xiàng)權(quán)益，履行我國參加ITEK計(jì)劃的承諾和義務(wù)。
　　ITEIk計(jì)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(huì)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(jiān)持探索，堅(jiān)持實(shí)踐，不斷取得進(jìn)步。我們期望有一天“人造太陽”給人類社會(huì)帶來福祉。

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