形似“橘子瓣”、重達數(shù)百噸的巨大構(gòu)件,，被精確吊裝進入地下深坑,。這片扇形結(jié)構(gòu)是國際熱核聚變實驗堆（ITER）真空室的重要組成部分，也是人類向無限能源發(fā)起沖擊的關(guān)鍵一環(huán),。作為全球規(guī)模最大的國際科研合作項目之一,，ITER旨在模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的核聚變過程，探索可控核聚變技術(shù)商業(yè)化可行性,。日前,，經(jīng)過嚴(yán)格的安全檢查，記者走進了這座坐落于法國南部的科研基地,，實地探訪“人造太陽”項目建設(shè)進展,。

自提出構(gòu)想以來已經(jīng)歷時四十載

30多個國家上千名人員參與建設(shè)

從法國南部港口城市馬賽出發(fā)，驅(qū)車約一小時,，記者來到丘陵環(huán)抱中的圣保羅—萊迪朗斯小鎮(zhèn)。ITER總部就坐落在一處地勢較高的丘陵之上,，主樓正面外觀呈黑色,，輔以白色硬朗線條，充滿科技感,。建筑一側(cè)懸掛著一面巨大的英文標(biāo)識牌,，寫著“安全組裝ITER,，為了聚變能源的未來”。ITER是迄今為止全球規(guī)模最大的核聚變實驗裝置,，總占地面積達180公頃,，除主反應(yīng)堆外，還配有規(guī)模龐大的供電,、冷卻等配套設(shè)施,。來自30多個國家的上千名科學(xué)家、工程師和技術(shù)人員在此工作,。

自1985年提出構(gòu)想以來,，經(jīng)過多年磋商與技術(shù)論證，2006年11月21日,，中國,、歐盟、印度,、日本,、韓國、俄羅斯和美國共同簽署《聯(lián)合實施國際熱核聚變實驗堆計劃建立國際聚變能組織的協(xié)定》,，決定在法國建設(shè)實驗堆,。各方采取“實物出資”模式，即不直接現(xiàn)金出資,，而是由各成員自行制造所承擔(dān)的設(shè)備部件,，運送至現(xiàn)場統(tǒng)一集成組裝。

在進入反應(yīng)堆核心區(qū)域之前,，記者在工作人員的指引下,，依次完成了嚴(yán)格的防護準(zhǔn)備：佩戴安全帽、防護眼鏡和防塵鞋套,，隨后乘坐專用通勤車駛向園區(qū)深處,。下車后，還需在專設(shè)區(qū)域清洗鞋底灰塵,，穿戴手套與鞋套,，并穿過兩道厚重的隔塵門簾。一系列檢查后,，記者終于踏上了ITER反應(yīng)堆核心建筑的平臺,，這是參觀者能夠到達的距離真空室最近的位置。真空室是項目工程最關(guān)鍵的核心部件之一,。

在核心建筑平臺透過玻璃望去,，施工現(xiàn)場秩序井然，龐大的建筑空間令人感到自身的渺小。整個安裝空間高度達數(shù)十米,，一座幾層樓高的巨大螺管矗立中央,，一片“橘子瓣”狀的真空室扇段通過特殊裝置連接到中央螺管上。周邊許多設(shè)備被嚴(yán)密遮蓋,，等待安裝,。技術(shù)工人正在進行高精度定位、吊裝與焊接作業(yè),，施工區(qū)域內(nèi)嚴(yán)格執(zhí)行溫控與防塵要求,。

ITER項目建設(shè)面臨的一大挑戰(zhàn)，是來自世界各地專業(yè)研究機構(gòu)提供的大型部件運輸至項目現(xiàn)場的物流問題,。例如,，ITER裝置的18個D形環(huán)向場線圈，每個重達310噸,，包括運輸車在內(nèi)的最重組件可達900噸,，部分難以運輸?shù)某笮驮O(shè)備需在項目現(xiàn)場進行制造和組裝。

ITER組織副總干事羅德隆向記者介紹,，核聚變相比核裂變優(yōu)勢明顯,，幾乎無放射性污染，沒有溫室氣體排放,，燃料來源廣泛且能效極高,。一升海水中提取出的氘，經(jīng)過聚變反應(yīng)后釋放出的能量相當(dāng)于燃燒300升汽油,?！叭绻軌?qū)崿F(xiàn)聚變能的大規(guī)模受控應(yīng)用，人類的能源問題將從根本上得到解決,?！?/p>

“磁場包住火”模擬太陽核聚變環(huán)境

中國團隊承擔(dān)18個關(guān)鍵設(shè)備包

ITER采用的核聚變技術(shù)路線叫作“托卡馬克”，由蘇聯(lián)科學(xué)家在20世紀(jì)50年代提出,，是目前國際上最主流且可行性較大的核聚變技術(shù)路線,。托卡馬克裝置內(nèi)布滿巨大的磁線圈，通過強磁場形成環(huán)形的“磁籠”,，將超高溫等離子體牢牢懸浮在真空室中央,，使其與容器壁完全隔離，從而實現(xiàn)安全穩(wěn)定的聚變反應(yīng),。這種用“磁場包住火”的方式,，使得人類能在地球上復(fù)制出類似太陽內(nèi)部的核聚變環(huán)境，因此該裝置也被形象地稱為“人造太陽”,。

預(yù)組裝大廳里,，高高的吊架上懸著一個超大豌豆形金屬設(shè)備,，吊斗里的技術(shù)人員正對其進行檢查，這是托卡馬克主機真空室的模塊之一,。聚變反應(yīng)的條件極為苛刻，反應(yīng)溫度至少需要達到1.5億攝氏度,，相比之下,，太陽中心的溫度也“僅有”約1500萬攝氏度。要想裝住如此高溫的等離子體,，只能使用特殊設(shè)計的“保溫殼”隔絕熱量,。科學(xué)家們采用類似于保溫杯的結(jié)構(gòu),，使用雙層耐輻照不銹鋼在中間抽取真空形成真空室,，并在外層加裝冷屏制造出高效隔熱的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)可以一邊確保真空室內(nèi)部上億攝氏度的高溫等離子體能量不向外擴散,，一邊幫助真空室外部的磁體線圈保持零下269攝氏度的低溫以觸發(fā)超導(dǎo)效應(yīng),，可謂“冰火兩重天”。

羅德隆介紹,，ITER整個真空室預(yù)計由9個扇段拼接組成,，總部件重量達8000噸，超過法國埃菲爾鐵塔的重量,。由于整體規(guī)模巨大,，真空室必須分為若干扇段單獨制造與組裝，最終拼接成一個完整的結(jié)構(gòu),。安裝精度需控制在毫米級,，每一瓣之間必須嚴(yán)絲合縫。每片“橘子瓣”內(nèi)部結(jié)構(gòu)同樣極為復(fù)雜,，其中使用了大量超導(dǎo)線圈,，每根直徑不到1毫米的超導(dǎo)線內(nèi)又包含了8000至10000根細(xì)絲，每一根都經(jīng)過特殊涂層處理,。

據(jù)介紹,，中國團隊承擔(dān)了ITER項目中18個關(guān)鍵設(shè)備包，包括超導(dǎo)磁體饋線,、縱向場線圈,、極線場線圈、校正場線圈,、脈沖功率系統(tǒng)和磁體電源轉(zhuǎn)換設(shè)備等核心部件,。截至目前，中國的產(chǎn)學(xué)研機構(gòu)與ITER組織簽訂了85份設(shè)計和制造合同,。由中核牽頭組建的中法企業(yè)聯(lián)合體,，還承擔(dān)了反應(yīng)堆核心機器的組裝起吊,、精密定位、連接和檢查任務(wù),。中方設(shè)備交付及時,，質(zhì)量過硬，極高的施工效率獲得ITER方面的高度評價,。

反應(yīng)堆有望2034年點火運行

材料技術(shù)是目前最大瓶頸

通過建造和運行ITER裝置,，可以驗證核聚變反應(yīng)在大規(guī)模、長時間,、高參數(shù)條件下的可行性,。同時，核聚變實驗堆的建設(shè)涉及眾多前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,。在材料科學(xué)方面,，需要研發(fā)能夠承受高溫、高輻射,、強磁場等極端條件的材料,；在超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，ITER裝置使用了大量的超導(dǎo)磁體來產(chǎn)生強磁場,，這將推動超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,。此外，還涉及高精度的測量技術(shù),、先進的控制系統(tǒng),、復(fù)雜的工程設(shè)計等多個領(lǐng)域。這些技術(shù)的協(xié)同發(fā)展將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步,，促進人類整體科學(xué)技術(shù)水平的提升,。

“聚變永遠(yuǎn)還有50年”，這曾是人們對于攻克可控核聚變技術(shù)挑戰(zhàn)的半開玩笑式的描述,。根據(jù)ITER最初的設(shè)想,，該反應(yīng)堆計劃在2016年建成，但受限于工程本身的復(fù)雜性和多國協(xié)作模式的整合難度,，項目工期一延再延,。目前，僅有一片“橘子瓣”完成安裝,，反應(yīng)堆距離完全建成仍需較長時間,。ITER理事會正在對反應(yīng)堆建設(shè)進度制定新的工程基準(zhǔn)。據(jù)ITER組織最新預(yù)計,，反應(yīng)堆有望在2034年實現(xiàn)首次點火運行,。

為什么可控核聚變?nèi)绱似D難？ITER組織工程師符津科告訴記者,，材料技術(shù)是目前最大瓶頸,。迄今為止,，人類尚未找到能直接承受上億攝氏度高溫的材料，即便是最耐高溫的鎢合金也只能承受三四千攝氏度,。因此,，必須借助磁場精確控制等離子體位置，確保其穩(wěn)定運行,。此外,，燃料自給、材料輻照老化,、熱能回收效率和經(jīng)濟可行性等問題仍待突破。

ITER組織戰(zhàn)略協(xié)調(diào)官蘇明星表示,，像ITER這樣接近人類科學(xué)極限的工程,，需要一代代科研人員秉持“愚公移山”的精神，持續(xù)探索,、積累經(jīng)驗,、攻克難關(guān)。當(dāng)被問及假如反應(yīng)堆建成卻最終實驗失敗怎么辦時,，蘇明星笑著回答：“無論成功或失敗,，我們都已成為書寫人類科學(xué)史的一員?！?/p>

（本報法國圣保羅—萊迪朗斯電）