從法國南部普羅旺斯地區(qū)的一座小山上，你可以看到兩個(gè)太陽。其中一個(gè)是我們每天都看到已經(jīng)燃燒了45億年的太陽。另一個(gè)是由數(shù)千人的頭腦和雙手建造的，核聚變發(fā)電站。這是一個(gè)巨大的建筑工地，可以解決人類歷史上最大的能源危機(jī)。

在圣保羅-萊茲-杜蘭斯的小鎮(zhèn)上，35個(gè)國家齊聚一堂，試圖掌握核聚變，核聚變?cè)谔柡退泻阈侵卸紩?huì)自然發(fā)生，但在地球上很難復(fù)制。

聚變提供了一種幾乎無限的能源形式，與化石燃料不同，它不會(huì)產(chǎn)生任何溫室氣體，而且與當(dāng)今使用的核裂變發(fā)電站不同，它不會(huì)產(chǎn)生放射性核廢物。

如果掌握了這一技術(shù)，聚變發(fā)電將為世界大部分地區(qū)提供動(dòng)力。只要加入1克燃料，就可以在聚變中產(chǎn)生相當(dāng)于8噸油的能量。這是一個(gè)驚人的效益，800萬比1。

原子能專家很少預(yù)測(cè)聚變能何時(shí)可以廣泛應(yīng)用，他們經(jīng)常開玩笑說，不管你什么時(shí)候問，都是30年后。

今年2月，牛津附近英國村莊Culham的科學(xué)家宣布了一項(xiàng)重大突破：他們?cè)谝粋€(gè)名為托卡馬克的巨大圓環(huán)形機(jī)器中，產(chǎn)生并維持了創(chuàng)紀(jì)錄的5900兆焦耳的聚變能，持續(xù)時(shí)間為5秒。

雖然它只夠?yàn)橐凰孔犹峁┮惶斓碾娏?。然而，這是一個(gè)歷史性的時(shí)刻。它證明了核聚變確實(shí)有可能在地球上產(chǎn)生。

托卡馬克頂部視圖。托卡馬克最終將重達(dá)23000噸，相當(dāng)于三座埃菲爾鐵塔的總重量。

這對(duì)法國的國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目來說是個(gè)好消息，該項(xiàng)目更為人所知的是ITER。其主要目的是證明聚變可以商業(yè)化利用。如果可以的話，世界將不再使用煤炭、石油和天然氣等化石燃料。

自ITER在英國取得成功以來，從事該項(xiàng)目的人員也正在經(jīng)歷重大變化。他們的總干事伯納德·比戈特（Bernard Bigot）（法語發(fā)音為bi GOH）在領(lǐng)導(dǎo)ITER七年后于5月14日病逝。

在他去世之前，Bigot在陽光明媚的辦公室分享了他對(duì)聚變能源的樂觀態(tài)度，辦公室里忽略了ITER托卡馬克的外殼，這是一個(gè)仍在建造中的科幻結(jié)構(gòu)。

“能量就是生命，”Bigot說。“從生物學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看。”

工人們把排氣管抬離會(huì)場(chǎng)。這些管道用于將大型部件運(yùn)送至清潔設(shè)施的卡車排出廢氣。

Bigot說，當(dāng)?shù)厍蛏先丝诓蛔?0億時(shí)，有足夠的可再生能源來滿足需求。

他說：“現(xiàn)在不是了。自從工業(yè)革命和隨后的人口爆炸以來就不是了。所以我們大量使用化石燃料，對(duì)我們的環(huán)境造成了很大的危害。現(xiàn)在我們有80億人口，正處于嚴(yán)重的氣候危機(jī)之中?！?/p>

模仿太陽

聚變是通過將兩個(gè)本質(zhì)上相互排斥的粒子相撞在一起而產(chǎn)生的。在向托卡馬克注入少量燃料后，巨大的磁鐵被激活，形成等離子體，這是物質(zhì)的第四種狀態(tài)，有點(diǎn)像帶電的氣體。

通過將托卡馬克內(nèi)部的溫度升高到不可思議的高水平，燃料中的粒子被迫融合成一個(gè)。這個(gè)過程產(chǎn)生了氦和中子。

缺失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為巨大的能量。中子能夠逃逸等離子體，然后撞擊托卡馬克壁上的“毯子”，其動(dòng)能以熱量的形式傳遞。這些熱量可以用來加熱水、產(chǎn)生蒸汽和轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

這一切都需要托卡馬克可以經(jīng)受住超高溫。等離子體需要達(dá)到至少1.5億攝氏度，比太陽核心溫度高10倍。這也產(chǎn)生了一個(gè)問題：地球上的東西怎么才能經(jīng)受住如此高的溫度？

這是一代又一代聚變能源科學(xué)家設(shè)法克服的眾多障礙之一?？茖W(xué)家和工程師們?cè)O(shè)計(jì)了巨大的磁鐵來產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)來承受熱量。其他任何物體都會(huì)融化。

從事聚變研究的人員一直試圖在他們的機(jī)器內(nèi)復(fù)制太陽。太陽是一個(gè)永久的聚變工廠，由一個(gè)巨大的等離子燃燒球組成。它每秒將數(shù)百噸氫熔合成氦。

宇宙中99.9%的物質(zhì)都是等離子體，包括恒星、太陽和所有星際物質(zhì)。例如，在地球上，它被用于電視和霓虹燈，我們可以在閃電和極光中看到它。

ITER的幾位專家表示，盡管聽起來很可怕，但產(chǎn)生聚變能本身其實(shí)并不難。畢竟，自從氫彈發(fā)明以來，人類就一直在進(jìn)行核聚變反應(yīng)。主要的挑戰(zhàn)是怎么維持住。英國的托卡馬克裝置被稱為歐洲聯(lián)合環(huán)，或噴氣式聚變能裝置，持續(xù)時(shí)間為5秒，但這已經(jīng)是該裝置持續(xù)的最長時(shí)間了。其磁鐵由銅制成，建于20世紀(jì)70年代。在這樣的高溫下，任何超過五秒鐘的時(shí)間都會(huì)導(dǎo)致它們?nèi)诨?/p>

ITER使用壽命更長的新型磁鐵，該項(xiàng)目旨在產(chǎn)生10倍的能量回報(bào)，從50兆瓦的輸入中產(chǎn)生500兆瓦的能量。

工人們正在組裝四個(gè)極向場(chǎng)線圈，這些線圈將構(gòu)成容納等離子體所需的磁場(chǎng)保持架。每個(gè)直徑在22到24米之間。

但I(xiàn)TER的目標(biāo)并不是將能量用于發(fā)電，而是證明它能夠比JET維持聚變能量的時(shí)間更長。這里的成功將意味著商業(yè)規(guī)模的機(jī)器可以在未來開始產(chǎn)生融合。

當(dāng)太陽將氫原子融合成氦時(shí)，JET項(xiàng)目使用了兩種氫同位素氘和氚，ITER也將使用這兩種同位素。就化學(xué)組成和反應(yīng)而言，這些同位素的行為幾乎與氫相同。

氘和氚都存在于自然界中。淡水和鹽水中都含有豐富的氘——僅500毫升水中的氘，加上少量的氚，就可以為一座房子提供一年的動(dòng)力。氚很稀有，但可以人工合成。目前，世界上只有20公斤，每年的需求量不超過400克。但在800萬比1的產(chǎn)量下，只需要少量的兩種元素就能產(chǎn)生大量的聚變能。

氚是一種非常昂貴的物質(zhì)：一克目前價(jià)值約30000美元。如果核聚變能實(shí)現(xiàn)，需求將達(dá)到頂峰，這將帶來另一個(gè)挑戰(zhàn)。

施工期間，工人在超導(dǎo)體上進(jìn)行精密焊接。

由1000萬個(gè)零件組成

從遠(yuǎn)處看，國際熱核實(shí)驗(yàn)堆（ITER）似乎是一個(gè)準(zhǔn)備就緒的項(xiàng)目。從近距離來看，很明顯，還有很長的路要走。

這座橫跨39個(gè)建筑工地的建筑極其復(fù)雜。主要工地的環(huán)境要求無菌，在750噸起重機(jī)的幫助下，巨大的部件正在安裝到位。工作人員已經(jīng)組裝好托卡馬克的外殼，但他們?nèi)栽诘却恍┎考?，包括一塊來自俄羅斯的巨大磁鐵，它將位于托卡馬克的頂部。

這些令人興奮。托卡馬克最終將重達(dá)23000噸。這是三座埃菲爾鐵塔的總重量。它將由100萬個(gè)組件組成，進(jìn)一步分為不少于1000萬個(gè)較小的部分。

這個(gè)強(qiáng)大的龐然大物將被有史以來最大的磁鐵所包圍。它們驚人的尺寸——其中一些直徑可達(dá)24米——意味著它們太大，無法運(yùn)輸，必須在現(xiàn)場(chǎng)組裝。

考慮到涉及的部件數(shù)量巨大，根本沒有出錯(cuò)的余地。

即使是這臺(tái)巨大機(jī)器的數(shù)字設(shè)計(jì)也跨越了占用超過兩TB驅(qū)動(dòng)器空間的3D計(jì)算機(jī)文件。這與您可以在其上節(jié)省1.6億多個(gè)單頁Word文檔的空間量相同。

真空容器九個(gè)部分之一，不久將被吊到巨型起重機(jī)上進(jìn)行組裝。

在數(shù)百名工人共同完成ITER項(xiàng)目的背后，大約有4500家公司，15000名員工來自全球各地。

35個(gè)國家正在合作開發(fā)ITER，該項(xiàng)目由七個(gè)主要成員國，即中國、美國、歐盟、俄羅斯、印度、日本和韓國。這看起來有點(diǎn)像聯(lián)合國安理會(huì)。

由于戰(zhàn)爭(zhēng)的影響，俄羅斯被排除在許多其他國際科學(xué)項(xiàng)目之外，但歐盟委員會(huì)在制裁中明確將ITER排除在外。

部分原因是俄羅斯不僅與該項(xiàng)目有著千絲萬縷的聯(lián)系，而且歷史上與聚變能源也有著千絲萬縷的聯(lián)系。

框架下部的黑色平臺(tái)是托卡馬克綜合設(shè)施，這是一座40萬噸重的建筑，將托卡馬克、診斷和氚建筑結(jié)合在一起。它后面的混凝土結(jié)構(gòu)是診斷大樓。

20世紀(jì)30年代，各國開始尋求聚變能源，數(shù)十年來制造了各種機(jī)器。但事實(shí)證明，最成功的是蘇聯(lián)制造的托卡馬克裝置。1968年，蘇聯(lián)研究人員取得了巨大的突破——他們能夠達(dá)到所需的高溫，并在一段持續(xù)的時(shí)間內(nèi)容納等離子體，這是以前從未做過的。

甚至托卡馬克這個(gè)“環(huán)形磁約束”的詞也來自俄語。

俄羅斯還為ITER項(xiàng)目提供了一些最關(guān)鍵的要素，是ITER項(xiàng)目的主要資助者之一。例如，ITER通信主管拉班·科布倫茨（LabanCoblentz）表示，托卡馬克頂部的磁鐵是在圣彼得堡制造的，并準(zhǔn)備送往法國。

他說，到目前為止，俄羅斯參與該項(xiàng)目的情況沒有任何變化。

科布倫茨說：“ITER實(shí)際上是冷戰(zhàn)的產(chǎn)物?！?/p>

他指出，自1985年ITER誕生以來，七個(gè)主要成員經(jīng)歷了許多緊張事件。

他說：“我認(rèn)為ITER是一個(gè)和平項(xiàng)目并不夸張?！薄?/p>

/

在托卡馬克坑內(nèi)，一名工作人員測(cè)量了一個(gè)圓柱形通道（稱為饋線短管）和低溫恒溫器底座之間的連接，這有助于保持托卡馬克的真空冷卻。

但科布倫茨承認(rèn)，烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)是“前所未有的”，他無法預(yù)測(cè)這對(duì)俄羅斯在ITER的未來意味著什么——這將是下一任總干事面臨的一個(gè)微妙問題。

他說：“但我們的共同承諾一如既往。我可以說，從我參與該項(xiàng)目的一開始，日常政治對(duì)我們的努力幾乎沒有影響?！?/p>

ITER 有60米高，ITER加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)后面有一個(gè)彎曲的樓梯。

僅僅找到合適的地點(diǎn)就花了數(shù)年時(shí)間，涉及十多年的技術(shù)研究、政治談判和外交微調(diào)。2005年，在莫斯科舉行的一次會(huì)議上，法國的圣保羅列茲Durance最終被確定為建造地點(diǎn)，一年后，在巴黎簽署了協(xié)議。

2010年，基礎(chǔ)鋪設(shè)完畢，2014年，第一臺(tái)施工機(jī)械投入使用。

時(shí)間不多了

國際熱核實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目的規(guī)模和雄心壯志似乎是巨大的，但它至少是對(duì)人類對(duì)地球造成的混亂的一種比例反應(yīng)。自1973年以來，全球能源使用量增加了一倍多。到本世紀(jì)末，這一數(shù)字可能會(huì)增加三倍。進(jìn)入大氣的二氧化碳排放量中有70%是通過人類的能源消耗產(chǎn)生的。我們消耗的能源中有80%來自化石燃料。

現(xiàn)在，地球的熱浪更頻繁、更致命、干旱、野火、洪水和海平面上升。隨著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到臨界點(diǎn)，越來越多的人面臨生命危險(xiǎn)，氣候危機(jī)的影響越來越難以扭轉(zhuǎn)。

一名焊工站在ITER低溫恒溫器底座最底層的防護(hù)罩后面。

目前，世界正忙于迅速脫碳，并加快從化石燃料向太陽能、風(fēng)能和水電等可再生能源的轉(zhuǎn)變。一些國家依賴核裂變能源，核裂變能源是低碳的，雖然風(fēng)險(xiǎn)很小，但也不容忽視，放射性廢物的儲(chǔ)存問題和高昂的成本。

但是，對(duì)于世界是否能夠快速實(shí)現(xiàn)綠色過渡以避免災(zāi)難性氣候變化，還存在著巨大的挑戰(zhàn)。

2010年，《時(shí)代》雜志問已故物理學(xué)家史蒂芬·霍金，他希望在有生之年看到哪項(xiàng)偉大的科學(xué)成就時(shí)，他指出了這個(gè)科研項(xiàng)目。

他說：“我希望核聚變成為一種實(shí)用的能源。”?！八鼘⑻峁┤≈槐M、用之不竭的能源供應(yīng)，不會(huì)造成污染或全球變暖。”

真空容器的一部分，是一個(gè)密封的鋼容器，將容納聚變反應(yīng)，并作為第一道安全防護(hù)屏障。

新時(shí)代

從事核聚變研究的專家們已經(jīng)克服了巨大的挑戰(zhàn)，包括Bigot在內(nèi)的許多人都將自己的整個(gè)職業(yè)生涯都獻(xiàn)給了核聚變，但從未看到它得到實(shí)際應(yīng)用。

現(xiàn)在，商業(yè)企業(yè)對(duì)未來的這種能源可能在本世紀(jì)中葉上線持樂觀態(tài)度。

但正如核聚變一樣，當(dāng)一個(gè)挑戰(zhàn)被克服時(shí)，另一個(gè)似乎突然出現(xiàn)。氚的有限庫存和價(jià)格是其中之一，因此ITER正在努力生產(chǎn)自己的氚。在這方面，前景不錯(cuò)。托卡馬克內(nèi)的包層將覆蓋鋰，當(dāng)逸出的等離子體中子到達(dá)包層時(shí)，它們將與鋰發(fā)生反應(yīng)，生成更多的氚燃料。

時(shí)間和金錢總是大項(xiàng)目的關(guān)注點(diǎn)，但“大”一詞甚至不能描述ITER的規(guī)模，ITER是歷史上真正世界上最大、最雄心勃勃的國際能源合作之一。

Bigot表示，一天的延遲費(fèi)用約為100萬歐元。

歐盟承擔(dān)著該項(xiàng)目建筑成本的45%。粗略估計(jì)，所有其他參與國的貢獻(xiàn)率都略高于9%。最初，整個(gè)工程估計(jì)約為60億歐元（64億美元）。目前，總額已增加了兩倍多，達(dá)到200億歐元左右。

用于測(cè)試極向場(chǎng)線圈的低溫恒溫器的一部分。低溫恒溫器將有助于限制等離子體。

2001年的預(yù)測(cè)預(yù)計(jì)，將于2016年投產(chǎn)，這是一個(gè)未實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。一些觀察家曾認(rèn)為該項(xiàng)目已陷入僵局，但在Bigot掌舵后，該項(xiàng)目得到了簡(jiǎn)化并重新步入正軌?？撇紓惔恼f，Bigot素有“微觀管理者”的美譽(yù)，但這正是使這一復(fù)雜項(xiàng)目井然有序所需要的。

雖然在他的領(lǐng)導(dǎo)下，期望和最后期限也被修改為更加現(xiàn)實(shí)。第一個(gè)等離子體現(xiàn)在預(yù)計(jì)在2025年，第一個(gè)氘氚實(shí)驗(yàn)有望在2035年進(jìn)行。

Bigot在臨終前一直對(duì)ITER的潛力充滿熱情和樂觀。

他說：“氫聚變的效率是燃燒化石燃料的一百萬倍。我們?cè)谶@里所做的實(shí)際上非常像在地球上創(chuàng)造一個(gè)小型人造太陽。”?！斑@個(gè)核聚變電廠將一直運(yùn)行?？梢哉f，這個(gè)太陽永遠(yuǎn)不會(huì)落下?！?/p>

黃昏降臨在法國圣保羅萊茲杜蘭斯的ITER綜合設(shè)施上。