IAEFusion 2022.09.18

“氫核融合聚變（Hydrogen Unclear Fusion）的效率是燃燒化石燃料的一百萬倍。我們在這裡嘗試做的實際上非常非常像在地球上創造一個小型人造太陽，”他說。 “這個聚變發電廠將一直運行。可以說，這個太陽永遠不會落山。”

聚變能量無疑將為世界大部分地區提供動力。只需 1 克燃料作為輸入，就可以產生相當於 8 噸石油的聚變能。這是驚人的 800 萬比 1。2022.09.18

等離子體是構成宇宙 99.9% 的物質，包括恆星、太陽和所有星際物質。例如，在地球上，它被用於電視和霓虹燈，我們可以在閃電和極光中看到它。

ITER 使用可以持續更長時間的新型磁鐵，該項目旨在產生 10 倍的能量回報，從 50 兆瓦的輸入產生 500 兆瓦的能量。

歐盟承擔了該項目不斷增加的建設成本的 45%。粗略估計，所有其他參與國的貢獻率都略高於 9%。最初，整個建設估計約為 60 億歐元（64 億美元）。目前，總額已增加兩倍多，達到約 200 億歐元。

Saint-Paul-lez-Durance，法國——在法國南部普羅旺斯地區的一座小山上，你可以看到兩個太陽。一個已經燃燒了四年半，並且正在凝固。另一個是由成千上萬的人的思想和雙手建造的，並且正在——更緩慢地——上升。真正的太陽的最後一縷黃昏光芒在另一邊投射出神奇的光芒——一個巨大的建築工地，可以解決人類歷史上最大的生存危機。

正是在這裡，在 Saint-Paul-lez-Durance 的小公社中，35 個國家齊聚一堂，試圖掌握核聚變，這一過程在太陽和所有恆星中自然發生，但很難復制地球。

聚變承諾提供一種幾乎無限的能源形式，與化石燃料不同，它排放的溫室氣體為零，並且與今天使用的核裂變能不同，不會產生長壽命的放射性廢物。

掌握它可以從字面上拯救人類免受氣候變化的影響，這是我們自己造成的危機。

如果掌握了它，聚變能量無疑將為世界大部分地區提供動力。只需 1 克燃料作為輸入，就可以產生相當於 8 噸石油的聚變能。這是驚人的 800 萬比 1。

原子專家很少喜歡估計聚變能何時可以廣泛使用，他們經常開玩笑說，不管你什麼時候問，它總是在 30 年後。

但歷史上第一次，這可能是真的。

2 月，位於牛津附近的英國卡勒姆村的科學家宣布了一項重大突破：他們在名為託卡馬克的巨型甜甜圈形機器中產生並維持了創紀錄的 59 兆焦耳聚變能量 5 秒鐘。

它只夠為一所房子供電一天，而且進入這個過程的能量多於流出的能量。然而，這確實是一個歷史性的時刻。它證明了核聚變確實可以在地球上維持。

託卡馬克室頂部的視圖。託卡馬克最終重達 23,000 噸，是三座埃菲爾鐵塔的總重量。
這對於法國的國際熱核實驗反應堆項目來說是個好消息，也就是眾所周知的 ITER。它的主要目標是證明融合可以在商業上使用。如果可以的話，世界將不會使用煤炭、石油和天然氣等化石燃料，這些是人為氣候危機的主要驅動因素。

自從在英國取得成功以來，ITER 就出現了巨大的動力，但從事該項目的人員也正在發生重大變化。他們的總幹事 Bernard Bigot（法語發音為 bi-GOH）在領導 ITER 七年後於 5 月 14 日因病去世。

Saint-Paul-lez-Durance, France — From a small hill in the southern French region of Provence, you can see two suns. One has been blazing for four-and-a-half billion years and is setting. The other is being built by thousands of human minds and hands, and is — far more slowly — rising. The last of the real sun’s evening rays cast a magical glow over the other — an enormous construction site that could solve the biggest existential crisis in human history.

It is here, in the tiny commune of Saint-Paul-lez-Durance, that 35 countries have come together to try and master nuclear fusion, a process that occurs naturally in the sun — and all stars — but is painfully difficult to replicate on Earth.

Fusion promises a virtually limitless form of energy that, unlike fossil fuels, emits zero greenhouse gases and, unlike the nuclear fission power used today, produces no long-life radioactive waste.

Mastering it could literally save humanity from climate change, a crisis of our own making.

在他去世之前，Bigot 在他陽光明媚的辦公室里分享了他對聚變能的感染力樂觀，辦公室俯瞰著 ITER 自己的託卡馬克裝置的外殼，這是一個仍在建設中的科幻結構。

“能源就是生命，”比戈特說。 “生物學上、社會上、經濟上。”

那些從事核聚變工作的人一直試圖在他們的機器中做的基本上是複制太陽。太陽是一個永恆的聚變工廠，由一個巨大的等離子燃燒球組成。它每秒將數百噸氫融合成氦。

等離子體是構成宇宙 99.9% 的物質，包括恆星、太陽和所有星際物質。例如，在地球上，它被用於電視和霓虹燈，我們可以在閃電和極光中看到它。

ITER 的幾位專家表示，儘管聽起來很棒，但產生聚變能量本身並不是最難的部分。畢竟，自從氫彈發明以來，人類就一直在進行核聚變反應。主要挑戰是維持它。英國的託卡馬克——稱為聯合歐洲環面，或 JET——將聚變能量保持了 5 秒鐘，但這只是該機器所能使用的最長時間。它的磁鐵由銅製成，建於 1970 年代。在這樣的高溫下超過五秒鐘就會導致它們融化。

ITER 使用可以持續更長時間的新型磁鐵，該項目旨在產生 10 倍的能量回報，從 50 兆瓦的輸入產生 500 兆瓦的能量。

工人正在組裝四個極向場線圈中的一些，這將構成容納等離子體所必需的磁場籠的一部分。每個直徑在 22 到 24 米之間。
但 ITER 的目標並不是真正將能量用於發電，而是證明它能夠比 JET 更長時間地維持聚變能量。這裡的成功將意味著商業規模的機器可以在未來開始產生聚變。

當太陽融合氫原子以產生氦時，JET 項目使用了兩種氫同位素，稱為氘和氚，ITER 也將使用它們。就化學組成和反應而言，這些同位素的行為與氫幾乎相同。

氘和氚都存在於自然界中。氘在淡水和鹽水中都很豐富——僅 500 毫升水中的氘和少量氚就可以為一所房子供電一年。氚很稀有，但可以合成生產。目前，全球僅存20公斤，每年需求量不超過400克。但是在 800 萬比 1 的產量下，只需要極少量的兩種元素就可以產生大量的聚變能量。

氚是一種非常昂貴的物質：一克目前價值約 30,000 美元。如果核聚變起飛，需求將達到頂峰，給世界聚變大師帶來又一挑戰。

工人們在施工期間對超導體進行精密焊接。
一個 1000 萬個零件的項目
從遠處看，ITER 就像一個準備就緒的項目。從近距離看，很明顯它還有很長的路要走。

跨越 39 個建築工地的施工非常複雜。主要工地是一個明顯無菌的環境，在 750 噸起重機的幫助下，巨大的部件被放置到位。工人們已經把託卡馬克的外殼組裝好了，但他們仍在等待一些零件，包括來自俄羅斯的一塊巨大的磁鐵，它將安裝在機器的頂部。

尺寸令人興奮。託卡馬克最終將重達 23,000 噸。這是三座埃菲爾鐵塔的總重量。它將由一百萬個組件組成，進一步分為不少於一千萬個較小的部件。

這個強大的龐然大物將被一些有史以來最大的磁鐵所包圍。它們驚人的尺寸——其中一些直徑高達 24 米——意味著它們太大而無法運輸，必須在一個巨大的大廳中現場組裝。

鑑於涉及的零件數量眾多，根本沒有出錯的餘地。

甚至這台巨大機器的數字設計也包含 3D 計算機文件，這些文件佔用了超過 2 TB 的驅動器空間。這相當於您可以在其上保存超過 1.6 億個單頁 Word 文檔的空間。

戰時核聚變
在數百名工人共同完成 ITER 項目的背後，是來自全球各地的約 4,500 家公司和 15,000 名員工。

35 個國家正在就 ITER 開展合作，ITER 由七個主要成員——中國、美國、歐盟、俄羅斯、印度、日本和韓國——運營。它看起來有點像聯合國安理會，儘管已故的 Bigot 等人一直在努力將地緣政治完全排除在 ITER 之外。

但隨著俄羅斯試圖通過烏克蘭戰爭重新繪製歐洲版圖，甚至挑戰戰後的世界秩序，人們對該國繼續在 ITER 中的作用感到擔憂，同樣許多人也擔心它可能被排除在外。

俄羅斯在其戰爭的餘波中被排除在其他一些國際科學項目之外，但歐盟委員會在製裁中明確將 ITER 排除在外。

部分原因是俄羅斯不僅與該項目密不可分，而且在歷史上也與聚變能源密不可分。

背面帶有黑色條紋的銀色建築是託卡馬克綜合體，一座 40 萬噸的大廈，將託卡馬克、診斷和氚建築融為一體。它背後的混凝土結構是診斷大樓。
各國從 1930 年代開始尋求聚變能，並在數十年的時間裡建造了各種機器。但事實證明，在蘇聯製造的託卡馬克是最成功的。 1968 年，蘇聯研究人員取得了巨大的聚變突破——他們能夠達到所需的高溫並在一段持續時間內控制等離子體，這是以前從未做過的。

託卡馬克成為複制機器。甚至託卡馬克這個詞——“環形磁約束”的合成詞——也來自俄語。

俄羅斯還提供了 ITER 項目的一些最關鍵要素，並且是其主要資助者之一。例如，託卡馬克頂部的磁鐵是在聖彼得堡製造的，並在那裡等待，準備被送往法國，ITER 通信負責人拉班·科布倫茨 (Laban Coblentz) 說。

他說，到目前為止，俄羅斯對該項目的參與沒有任何改變。

“ITER 真的是冷戰的產物，”科布倫茨說，“這是意識形態上不結盟的國家的蓄意合作，它們只是為了更美好的未來有著共同的目標。”

他指出，自 1985 年 ITER 構想以來，七個主要成員經歷了許多緊張的事件。

“在俄羅斯最新情況發生之前，迄今為止從未影響過合作精神。我認為，說 ITER 是一個和平項目並不為過，”他說。

但科布倫茨承認，烏克蘭戰爭“史無前例”，他無法預測這對俄羅斯在 ITER 的未來可能意味著什麼——這對於下一任總幹事來說將是一個微妙的問題。比戈特的部分工作是協調七位主要成員以及他們在處理各種政治、意識形態和經濟問題上經常存在分歧的看法。

當被問及在俄羅斯入侵烏克蘭之前，管理這些分歧是否具有挑戰性時，比戈特苦笑著。

“現在，這確實是一個不小的壯舉，”他說。

“但我們的共同承諾一如既往地堅定。我可以說，從我參與該項目開始，日常政治對我們的努力幾乎沒有影響，”他說。

“每個合作夥伴似乎都很清楚丟球很容易意味著整個項目的終結。當然，這是一項巨大的責任。”

ITER 60 米高的裝配大廳內的供暖、通風和空調系統後面是一個蜿蜒的樓梯。
地緣政治一直在 ITER 中發揮作用。僅僅為它找到合適的位置需要數年時間，並且涉及十多年的技術研究、政治談判和外交微調。法國的Saint-Paul-lez-Durance最終於2005年在莫斯科的一次會議上成為官方網站，並於一年後在巴黎簽署了建設協議。

隨著外交和技術的步調一致，建設開始了。 2010 年，地基打好，2014 年，第一台施工機械啟動。

時間不多了
ITER 項目的規模和雄心似乎很大，但它至少是對人類對地球造成的混亂的一種成比例的反應。自 1973 年以來，全球能源使用量增加了一倍多。到本世紀末，它實際上可能會增加兩倍。排放到大氣中的所有二氧化碳中有 70% 是通過人類的能源消耗產生的。我們消耗的所有能源中有 80% 來自化石燃料。

現在，地球正在加速升溫，這會轉化為更頻繁和更致命的熱浪、引發飢荒的干旱、野火、洪水和海平面上升。隨著整個生態系統達到臨界點，越來越多的人類生命危在旦夕，氣候危機的影響越來越難以逆轉。

 

一名焊工站在 ITER 低溫恆溫器底座最低層的防護罩後面。
世界現在正爭先恐後地快速脫碳，並加快從行星烘焙化石燃料向太陽能、風能和水電等可再生能源的過渡。一些國家寄希望於核裂變能源，這種能源是低碳的，但伴隨著小但不可忽略的災難風險、放射性廢物的儲存問題和高成本。

但是，對於世界是否能夠以足夠快的速度進行這種綠色過渡以避免災難性的氣候變化，存在嚴重的問題。

這就是融合可能成為第 11 小時英雄的地方——如果世界及時掌握它的話。

當已故物理學家斯蒂芬霍金在 2010 年被時代雜誌問及他希望在他的有生之年看到什麼科學發現時，他準確地指出了這個過程。

“我希望核聚變成為一種實用的能源，”他說。 “它將提供取之不盡的能源供應，不會造成污染或全球變暖。”

真空容器的一部分，一個密封的鋼製容器，將容納聚變反應並充當第一道安全防護屏障。
一個新時代
從事核聚變工作的專家們已經克服了巨大的挑戰，包括 Bigot 在內的許多人將他們的整個職業生涯都奉獻給了它，但從未看到它投入實際應用。

現在商業企業正準備生產和銷售聚變能源，他們非常樂觀地認為這種未來的能源可能會在本世紀中葉上線。

但與以往的核聚變一樣，隨著一個挑戰被克服，另一個挑戰似乎又出現了。氚庫存有限，價格為一，因此ITER正在嘗試自己生產。在這方面，前景還不錯。託卡馬克內的毯子將塗有鋰，當逃逸的等離子體中子到達它時，它們將與鋰發生反應以產生更多的氚燃料。

時間和金錢一直是大型項目的關注點，但“大”甚至還沒有開始描述 ITER 的規模，這確實是世界上歷史上最大、最雄心勃勃的國際能源合作之一。

比戈特說，一天的延誤成本約為一百萬歐元。

歐盟承擔了該項目不斷增加的建設成本的 45%。粗略估計，所有其他參與國的貢獻率都略高於 9%。最初，整個建設估計約為 60 億歐元（64 億美元）。目前，總額已增加兩倍多，達到約 200 億歐元。

2001 年的預測設想在 2016 年生產第一批等離子體，這是另一個未實現的目標。一些觀察家曾認為該項目已經泡湯，但在 Bigot 掌舵後，該項目被精簡併重回正軌。 Coblentz 說，Bigot 以事無鉅細而聞名，但這正是讓這個複雜項目井井有條的必要條件。

“當你到達這裡時，他的車在早上 7 點就位，而且經常在這裡直到晚上 9 點或 10 點。晚上，”科布倫茨說。 “所以你總覺得沒有一個細節太大或太小讓他無法認真對待和參與。”

儘管在他的領導下，期望和截止日期也被修改為更加現實。現在預計第一個等離子體將在 2025 年進行，第一個氘氚實驗有望在 2035 年進行，儘管即使這些實驗現在也在審查中——部分原因是大流行和持續的供應鏈問題推遲了。

然而，世界上最大的項目之一在他的腿上落後於時間，Bigot 一直對 ITER 的潛力充滿熱情和樂觀，直到他最後一口氣。

“氫聚變的效率是燃燒化石燃料的一百萬倍。我們在這裡嘗試做的實際上非常非常像在地球上創造一個小型人造太陽，”他說。 “這個聚變發電廠將一直運行。可以說，這個太陽永遠不會落山。”

Yet with one of the world’s biggest projects running behind time on his lap, Bigot remained passionate and optimistic about ITER’s potential until his last breath.

“Hydrogen fusion is a million times more efficient than burning up fossil fuels. What we are trying to do here is actually, really very much like creating a small artificial sun on Earth,” he said. “This fusion power plant will be in operation all the time. This sun, so to speak, will never set.”