中国制造，铺就能源自由之路

    法国，森林深处，一台有史以来最复杂的机器即将运作。所有的世界强国团结起来，为了人类的永久福利——摆脱能源束缚。　　　　提到核聚变，人们或许会想到氢弹爆炸的云朵。要利用蕴含在氘和氚原子里的能量发电，就要控制两个原子的碰撞并释放能量。可人类几十年都找不到适合的技术。　　　　在中国合肥一个实验室里，有一个三层楼高的“铁罐”。它叫EAST，是全世界最先进的探索可控核聚变的试验装置之一。因为它的成功，中国人站在了核聚变研究的前沿。它就好比法国森林里那个前所未有的“大铁罐”的缩微版。　　　　而这个即将成型的有史以来最庞大的核聚变试验装置叫ITER，在人类通向能源解放之路上，它是重要的一站。　　　　等离子体的牢笼　　　　走进合肥中科院等离子所高大的实验厂房，十几个科研人员正在围着EAST工作。“EAST正在放假和装修，好迎来新的工作季节。”所长李建刚告诉我们。　　　　这个高大的铁罐似的装置，内里有一个环形的空腔，记者去参观时，正有工作人员站在“燃烧炉”内，检查空腔的内壁。在此空腔内，等离子体温度高达上亿度，从而触发核聚变。没有任何材料能承受这么高的温度而不毁坏。事实上，EAST的法宝是——磁场。　　　　氢弹内的核聚变，释放能量是剧烈而短促的。要实现核聚变的能量可控释放，反应物就得受到约束。“磁约束”这一技术方向，被人们寄予厚望——用磁场把氘和氚原子核局限在一个小区域，好让它有足够的密度彼此碰撞。　　　　五十多年前，有科学家提出，如果把聚变材料加热到等离子体，就可以用磁场约束它。十几年后，前苏联人第一次造出了这样的装置，把它命名为“环形磁容器”，音译做“托卡马克”。如今大部分磁约束实验装置，包括EAST，都属于托卡马克类型。这些磁约束聚变实验器越做越大，越做越复杂。“EAST是近年比较成功的一个磁约束聚变实验装置。它可以将等离子体状态持续比较长的时间。”李建刚向我们介绍。　　　　在EAST内部，高温将物质中通常的原子分成游离的电子和原子核，在强磁场的约束下，这些电子和原子核规矩地运动起来，其轨迹犹如环形的麻花。而一旦密度足够高，原子核就可能彼此碰撞，实现聚变反应。　　　　2003年，诺贝尔物理学奖得主金茨堡在获奖演说中，列出了二十一世纪物理学三十个重要领域，他把受控核聚变列于其首。而实现可控核聚变，不光是工程难题，更要探索若干科学上的空白领域。　　　　磁约束核聚变之所以难，是因为对“等离子体”这种物质形态，我们了解并不多。随着温度升高，物质呈现出固态、液态、气态，而温度高到上千万度，电子和原子核就彼此脱离，物质不再是一个个原子组成了，而呈现出“等离子态”。　　　　合肥的科学家，用EAST来做各种实验，探索高温等离子体的特性。“人类对等离子体运动的规律并未掌握。就像天气预报难以准确一样，”李建刚说：“即便测量了等离子体的各个参数，据此预言它下一分钟的状况，也不能做到百分百准确。”　　　　实际上，制造出稳定的、可以放心的聚变等离子体，超出科学技术现有的能力。稳定运行的等离子体有可能很快崩溃，而找不出原因。　　　　“我们的主要任务是对EAST空腔中等离子体做观测和研究。”据李建刚介绍，围绕EAST的科学家除了点火，等待，测量和计算，还要摸索未知的理论。目前有很丰富的实验数据，但仍然没有一以贯之的预测模型。　　　　最复杂的机器　　　　常规的托卡马克，只能脉冲式运行，想要稳态运行，就得让托卡马克的磁体成为超导磁体。磁场的快速变化让超导体容易失去超导性。各种极端和复杂的条件，让全超导托卡马克的实现很困难。　　　　在EAST之前，有些装置上试用了超导系统，但全部用超导系统来形成磁场，还没有先例。中国科学家提交申请，在1998年得到国家项目，建造一个“实验的先进的超导的托卡马克”，英文简称EAST。在此之前，等离子所的经验源于他们的HT-7装置——改造自1990年代初从俄罗斯引进的一台托卡马克，加上了超导装置。而EAST的复杂，让人们可以提前感受到ITER的难度。

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