核聚变：41年秘造“人造太阳”的中国实验

  我有一个美打砂机好的愿望，

    长GZ电磁震动给料机大以后去播种太阳。

&nb输送设备sp;   仅种一颗就够了，

    会结出许许多多的太板链式输送机阳。

  TD、D型斗式提升输送机;  一颗送给南极一颗送给北冰洋，

   热矿筛; 一个挂在冬天一个挂在晚上。

    到破碎筛分那个时候，

    世界大型圆振动筛上的每个角落都会温暖、明亮。

   &nbs螺旋进料器p;———摘自儿歌《种太阳》

    ⊙1987年，国际热核聚变实验堆项目ITER的概念设计诞生，被称为“人造太阳”计划。在进入“人造太阳”基地的工作人员中，将有10％的中国科振动电机学家身影。这也是中国迄今为止参与的最大一项国际科学合作计划。有专家告诉记者，以往人们将核聚变实验装置称为“人造太阳”，其实这是一种误解。真正的“人造太阳”是ITER计划所要实现的图景。

    ⊙反对者曾经把ITER计划比喻为冷战时代的“最后遗产”；更多人宁愿认为，这是一场时间和资金ZSL系列大型冷矿振动筛消耗巨大的赌博———如果失败，输掉的将是无数天才的头脑，以及数以百亿美元计的资金；如果成功，则将为人类解决能源恐慌打开一个梦幻般的前景，意义深远。

    ⊙在中国，公垂直螺旋输送机众对“人造太阳”知之甚少。约有2000多名专业人员追逐“人造太阳”，并集中在核工业西南物理研究院、中科院等离子所。“人造太阳”计划，目前有多少档案可以解密？带着这一问题，记者走进核工业西南物理研究院———

   &nbs制砂生产线设备p;家住成都市双流县白家镇黄棘路65岁的王进忠，在家门口一抬头就能看到核工业西南物理研究院的大门。

   FTS-190型旋转筛 “对面就是研制人造太阳的！”“啥子人造太阳？”一段对话，让王进忠瞪大了眼睛：“活了一辈子，我就没听说过啥子‘人造太阳’。”

    王进忠的突然吃惊，印证了科学家数砂石料筛分设备十年“盗天火”的事实：人类研制“人造太阳”已经50年，建造上百个实验装置，科研人员1.2万多人，每年经费超过20亿美元。

    记者采访时，恰遇院长潘传红正为原核工业集团公司科技委主任钱皋韵院士查找一篇1957年发表的论文，标题是《共产主义时代的能源———核聚变能》。潘传红到资料室查找了大半天，终于找到。他很感慨，当时众多专家带着激情而来，追逐“人造太阳”的梦想，转瞬间已延续了41年。

    绝密核聚变研究与“863”计划

    自1973年以来，人类共向地球索取了5000亿桶（约合800亿吨）石油，按现有生产水平匡算，剩下的石油还可保证开采44年。天然气也只能持续开采50多年，一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。届时，电灯不能发光、可燃烧物全部消失……人类将面临永无止境的黑暗和寒冷。

    每次有专人来访，潘传红总要带客人逛逛大院，看看他和科研人员的“宝贝儿子”———“人造太阳”实验装置。眼下有两件事令他欣慰，一件是实验装置加热达到5500万℃，一件是将有4名部下离开故土前往法国，加入世界大科学项目ITER热核实验堆建设。

“这是中国的骄傲！”潘传红一脸阳光。他话锋一转，“尽管离‘太阳’发光为时尚远，但‘太阳’露出的晨曦，人类终会瞧见。”

    二战前，人们普遍认为在实验室规模实现可控制的核聚变反应，是科学狂人的异想天开。然而，1942年，芝加哥裂变反应堆释放出有用中子，改变了科学家的看法。有科学家甚至预言：21世纪传给后人的纪念碑，将是聚变反应堆。“因为它可以一劳永逸地解决未来的能源危机。”

    如此美好前景，令世界发达国家倾囊而动，谁都希望自己跑在前面，独占鳌头。从上世纪50年代初起，美、英、前苏联三国投入相当大的力量，在绝密状态下展开研究。随后，法国、日本、意大利等国也不甘落后，强势加入。

    但是，实现轻核聚变反应并非“烧钱”那么简单，更重要的是要掌握它的科学规律。几个核大国试图通过“磁镜”、“仿星器”等途径，打开磁约束聚变之大门，并扬言“再过二三十年就能应用”。可实际上，闷头搞了10余年后，这项研究依然“看不到希望”。于是开始解密。

    1965年，我国最早的核聚变研究单位———黑龙江原子核物理研究所，由东北边陲哈尔滨迁至四川乐山。41年过去，几经更名、两度易址，成了现在的核工业西南物理研究院。潘传红说，当时的条件十分艰苦，传递到科技人员手中的资料，只有一张核聚变反应装置的照片和几个简单的参数。

    “三线”建设20年，西物院建成17台中小型受控核聚变实验装置，占据国内4/5。“最小的只有这么大。”潘传红两手一比划，居然小到可以放置于写字台上。1984年，我国最大的受控实验装置———中国环流器一号建成。“从那以后，世界核聚变研究领域才真正出现中国的名字。”

    此刻，能不能继续做下去的疑问悄然冒出：“看不到任何希望，不搞也罢”；“科技必须走进经济主战场，而不是漫天狂想”。那时候，担任副所长的潘传红也着急：“科学界，如果不未雨绸缪，还叫科学界吗？”

    1986年，中国高技术研究发展计划（“863”计划）正式出台，经反复遴选，“聚变－裂变混合堆”项目列入“863”计划。这在国内核科学界引起巨大反响，并由此稳定了聚变科研队伍。

    走进西物院乐山老基地，这里已变成一所大专院校———成都理工大学工程技术学院。从1965年到1990年，西物院在这里整整耕耘了25年。当年轰动一时的中国环流器一号实验装置，依然保持原貌，诉说着25年的激情挥洒。一块“爱国主义教育基地”的牌子，醒目地挂在大门旁。

    提起当年的难忘时光，潘传红记忆犹新。“登过山的人都知道，当你历经千辛万苦登上一座山峰后，往往会看到，前面还有更高的山峰等你去征服。”

    1994年，西物院又改建成功中国环流器新一号装置。在该装置的物理实验中，他们取得了等离子体电流320千安、等离子体放电持续时间4秒的实验参数，达到国际先进水平。从“瞎子摸象”到“跟踪别人”，再到“独创研究”，潘传红动情地说，“每一步都跨得很艰难”。

    西物院的科技人员心里清楚，“新一号”装置在取得辉煌成就后，终将退到历史的幕后。

因此，早在“七五”期间，西物院就提出在21世纪初建成堆芯模拟装置———中国环流器二号的初步方案。工程分两期铺开，第一期定名为中国环流器二号Ａ。

    之后，由于德国斥巨资再建一个更大型的装置，经过对俄罗斯、加拿大、中国的考察，将原有的托卡马克装置主机无偿赠送给了西物院。2002年，中国环流器二号Ａ装置即在此基础上建成并成功投入实验运行。

    “我们本来有能力自己干，但得花高达9位数的资金。”潘传红说，“醉翁之意不在酒”，当时还有一个“野心”，就是要引进先进装置的关键部件，建造我们自己的“杀手锏”。

    一西一东，成都、合肥各有所长

    西物院集中“火力”的是物理研究，中科院等离子所在超导技术上有特色，两边的主攻方向不一样。作为中国核聚变研究的顶级队伍，将分担ITER的两项核心技术研发———中子屏蔽技术和超导技术。前者是聚变反应中避免污染环境的关键技术，后者则将提供反应所需的强磁场。

    走向演讲台，展开长达8页的报告，杨青巍抑扬顿挫地发表了近半小时的激情演说。主题只有一个：核聚变。2006年10月，第21届世界聚变能大会在成都召开。800多名国际核聚变顶级科学家聚会成都，他们的目标也只有一个：核聚变。

    杨青巍是西物院托卡马克实验与诊断研究室主任，3名登上此次演讲台的科学家之一。作完报告，ITER项目副总干事切瓦诺夫握着他的手久久不放，大加赞赏：“‘中国速度’让人吃惊！”

    稀疏的头发，才40出头，“老杨”的称呼却早让同事们叫得烂熟。“从我们这代算起，有三代人了。”杨青巍告诉记者，核聚变从可行到商用，要经历试验堆、示范堆、商用堆、商业化等阶段，大约要50年时间。“眼下处于第一阶段，可见核聚变殊为不易。”

    来到聚变科学所实验大楼，穿过放置着几十台计算机的中央控制大厅，从一个窄小的入口进入，眼前豁然开朗：一个占据房间2/3空间的庞然大物居中摆放着，主体呈椭圆形，像一个倒扣着的大漏斗展现在记者面前。四周延伸出几个三角形的“角”，整体如一枚巨大的五角星形状。物体正面挂着一面五星红旗，旁边写着“中国环流器二号Ａ”。中国环流器二号A装置是国家大科学工程，“你别小看它，这将是未来核聚变反应堆的关键部件。”杨青巍说。

    除了地处成都的西物院，中国还有一个专事“人造太阳”的单位———位于合肥的中科院等离子所。现在运行的两套托卡马克实验装置，成都、合肥遥相呼应，聚集了全国80%的核聚变专业人才。

    2006年，中国“九五”重大科学工程之一———世界上第一座“全超导”托卡马克装置EAST在中科院等离子所建成。由于它的位形和即将建造的ITER装置极为相似，科技部部长徐冠华特意向世界各国科学家发出“英雄帖”：欢迎到这一装置上“做实验”。

    这样的说法，是否意味着合肥那颗“人造太阳”更亮呢？杨青巍认为，西物院集中“火力”的是物理研究，中科院在超导技术上有特色，两边主攻方向不一样，不好简单作比较。但可以肯定的是，作为国内核聚变研究的顶级队伍，将分担中国承担的ITER计划任务。

“无论是中科院还是西物院，当我们走上国际舞台时就只有一个名字，中国。”

    久攻不下，“多国部队”大牵手

    ITER项目耗资将超过100亿美元，46亿用于反应堆的建设，48亿用于后期开发，剩余资金则用于实验结束之后的拆除工作。作为参与国，中国将承担10%的资金。占世界人口一半左右的7方联合为后代寻找新的洁净能源，意义不亚于“人类基因工程”和“国际空间站”。

    2006年11月21日，比利时首都布鲁塞尔。一项影响未来的《国际热核实验堆联合实施协定》草签，ITER计划进入正式执行阶段。

    “我亲自参与了中国加入ITER的论证、谈判。”一番寻找，潘传红从书柜里抱出两本聘任书，颇为自豪。2002年9月，科技部成立5人科学家小组，评估中国加入ITER计划的可能性，潘传红正是专家组成员之一。2003年2月，专家委员会参加谈判，潘传红再度出马。

    氢弹爆炸后，世界多国都在秘密搞聚变研究，“撞墙”后一抬头，发现这一庞大工程还遥遥无期。于是封锁解冻，各国开始了聚变研究的交流，既竞争又合作。

    1985年，在瑞士日内瓦举行的峰会上，前苏联、美国提议，联合欧、日启动ITER计划。10余年的磕磕碰碰后，四方终于制订出首个ITER设计方案。但是，高达100亿美元的预算，足以让人望而生畏。修改设计、最大程度地减轻经济上的压力，不可避免。

    2001年，由ITER技术总部主持的新设计终于完成———预算从最初的100亿美元下降到46亿美元，预计建造期为八年到十年，之后将运行20年。但资金压力仍然存在。2002年初，俄、欧、日三方向中国伸出“橄榄枝”。同年7月，由科技部牵头，中国正式组织了一个5人专家组展开评估。4个月后，包括潘传红在内的评审专家一致举手———“ITER的科学基础坚实，机遇很好，中国应参与”。2003年2月，中国加入该计划，成为6大成员之一。在这个“全球研究村”中，每个成员都是平等的。按照章程，我国将承担热核反应堆工程总造价46亿美元的10％，同时分享全部知识产权和科技、商业利益。

    2005年6月底，经过与日本长达5年的“选址争夺战”后，世界首个热核实验反应堆“花落法国”，它有一个形象的名称：人造太阳计划。作为当今最具代表性的国际大科学合作研究计划之一，它与国际空间站、人类基因组测序等项目一起，吸引了全世界的目光。

    然而从一开始，中国科学界内部就充斥着激烈的争论。科学界的悲观论者讽刺说，“50年前就说50年内核聚变能够商用；现在，仍然是说50年。”也有人指着潘传红的鼻子数落：“花那么大的代价，要是失败了，看你怎么向后人交差？”

    在潘传红看来，任何科学探索都有风险，但“中国花进口一个传统核电站设备的钱投入到ITER中去，绝对是值得的”。他认为，中国的煤炭、石油等传统矿石资源走向枯竭的势头将不可逆转，风能、太阳能缺乏稳定性，一旦核聚变能够投入商用，其前景不可估量。“在这样的情况下，我们怎能不早作准备？”

    “参与ITER计划，并非中国核聚变研究的全部；这只是重要一步，但远非最后一步。

”潘传红加重了语气，一脸自信。

    从5500万℃到1亿℃，还有很长的路要走

    “供电、测量、加热……准备好没有？”“没问题，可以做实验了。”2006年12月底，负责实验协调的段旭如教授通过控制人员下达了“启动”指令———“5500万℃！”电子显示屏上，波段图上下起伏跳跃，一组组最新的实验参数传来。

    5500万℃，历史最高温！“比几个月前获得的2200万℃参数，整整翻了一倍。”段旭如一时呆了，他形容就像自己的孩子出世一样，流下的是幸福的泪。100多人的控制大厅突然一片静谧，几秒钟后很快雷动起来。

    这次普通的放电试验场景，却引起了全世界的瞩目。中国受控核聚变研究先驱李正武院士闻讯后盛赞这是一个“光彩耀眼的前沿进展”。

    “装置还需要升级改造。”“设备的更新强烈依赖于各个学科的发展，在于国家的综合能力，比如神州飞船飞天，就是综合技术的提升。”2006年，西物院做了2000多次实验，实验装置实现6000多次放电。

    在段旭如看来，中国的受控核聚变与国际差距10年左右，加入ITER可缩短这个时间。一则通过承担10%的部件，直接掌握加工和设计技术；二则将剩下的90%的技术掌握，为我所用。另外，可造就一批国际级的科学家，走向独立自主。

    2008年，日内瓦将召开22届核聚变大会，作为献给世界受控核聚变50周年的礼物。国际原子能机构正组织编写一本书，其中一个章节分给了西物院，潘传红正带领一帮专家加班加点地写。标题是“等离子体边界与器墙”。

    “不经意跨进了国际富人俱乐部，但我们却成了‘穷孩子’。”潘传红自嘲。今后的使命，除了人才储备外，要为ITER计划提供更多的数据，包括观察到的5500万℃高温，这是一个重要节点———走向聚变的条件之一，漫长道路上迈出的重要一步。

    在潘传红的眼里，“人造太阳”是一次普罗米修斯式的“盗火”之举，磨难是意料中的事情。“毕竟，核聚变反应堆实现发电还需要50年左右。”

    第一个50年已经过去，聚变研究在各国“开花”，但通向“实用能源”的障碍仍未克服。到目前，托卡马克装置都是脉冲式的，等离子体约束时间很短，大多以毫秒计算，还没有一台装置实现长时间的稳态运行，而且在能量输出上也是赔本运转。

    第二个50年呢？

    猜想“后石油时代”：向月球和大海索取

    面容清瘦，头发花白的聚变所副总工程师丁玄同踱到“人造太阳”处，仰头久久凝视着这个巨大的铁疙瘩，情不自禁：“人造太阳身上背负着几代科学家的梦想啊……”

    “托卡马克越造越大，人却越来越老。”一号到新一号，到二号A，体积、半径加大，辅助加热功能也更大。现在，丁玄同带了3个博士生，1个硕士生。“国家40多亿元投入到ITER装置，将来就是要把技术弄回来。10年后，我们要派得出人才来。”

    物理学家早在1938年就证明，太阳里进行的氢核聚变成氮核的反应，使它能够光芒万丈地燃烧几十亿年。

在地球上，人类也早已实现了核聚变———氢弹爆炸。但氢弹是一种不可控制的武器，会产生毁灭性的后果。

    “人造太阳”的原理就是，把氢弹的爆炸过程用人为手段大大减缓，反应产生的能量被缓慢而稳定地输出，转化为电能，成为一个取之不尽的天然能源库。这种梦想一直激励着“丁玄同们”投身于核聚变实验中。

    “用智慧点燃蓝色的海洋。”这是西物院的一句形象用语，而核聚变的原料恰好来自大海中的氘、氚以及氦-3。1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量。“1升海水等于300升汽油”，发现令人惊喜。毕竟，地球上的海水中含有45万亿吨氘，足够人类使用百亿年。

    “人工控制核聚变一旦成功，从理论上讲，占地球面积70%的浩瀚海洋就变成一个庞大而永久的‘汽油库’，比全球海洋还大300倍。”丁玄同很兴奋。

    成本同样是核聚变的优势，1公斤浓缩铀的成本约为1.2万美元，而1公斤氘仅需300美元。聚变的优势还在于效率。科学家们一直看好使用氦-3同位素3He，声称全世界眼下一年所消耗的电力，只需要拥有100吨3He就能解决。哪里能找到3He？答案就在月亮。那里的土壤含有多达100万至500万吨的聚变原料。

    但再造“太阳”的难度也相当大。譬如，如何让聚变后产生的上亿摄氏度的等离子体，长时间内“老实地呆在容器里”，使聚变反应稳定持续地进行。为了制造出这么一个“魔瓶”来，科学家们呕心沥血几十年，想出了一个巧妙的方法：用磁场。

    这就是呈现在记者眼前的古怪的“烤炉”，它同时拥有一个古怪的名字：托卡马克。该装置最初由俄罗斯人制造，在俄语中，托卡马克是“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词拼凑在一起的。这几个关键词可以让人形象地理解什么是受控热核聚变发电实验装置。上亿摄氏度的等离子体在空腔里转啊转啊，如同游乐场里的旋转木马———它们不会接触到容器壁，不会惹出乱子来。“这有点像传说中的所罗门的魔瓶，不过起作用的不是魔法而是磁场。”丁玄同打了个比喻。

    核聚变堆将模拟太阳中心能源产生的模式，通过核聚变为人类提供新能源，因此被称为“人造太阳”。丁玄同称，1公斤核聚变燃料可以产生相当于1000万升石油的能量。这种热核聚变能源预计将在2050年前后进入大规模的工业生产阶段。

    “这一时间正好与专家普遍预测的石油枯竭期相吻合。”届时，世界人口数量也将达到90亿。因此，热核聚变能源可能是人类在“后石油时代”的能源保证。