制造人类终极能源，为什么中国最有希望？

各位好，我是冬晓。7月28日，世界最大的核聚变装置，国际热核聚变实验堆（ITER），在法国开始组装，35个国家领导人远程视频、参加庆典。该反应堆是一个能产生大规模核聚变反应的托卡马克，也被叫做“人造太阳”，由中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度联合建造。工程建设中，中国提供了核心设备。今天的视频我们就讲一下人造太阳的那些事。

核聚变，两个原子核碰撞结合，释放能量。氢弹将这一理论变为现实，瞬间爆炸，产生巨大的能量。但这样的方式不可控，做武器还行，用来发电就纯属异想天开。太阳内部核聚变为什么能持续? 因为它质量大，产生的强大引力指向内部，抵消了聚变产生的向外压力，构成平衡。有了这种平衡，物质不会炸散开来，聚变能持续进行。

氢的同位素，氘、氚，是常用的聚变原料，它们的混合气体，必须在超过1亿度高温环境下，才能产生大规模反应。这样高的温度，原子中的电子和原子核分开，独立运动，形成等离子体。可控核聚变，需要将这团气体约束在高温环境中，太阳靠引力约束，那么人类呢？用容器装吗？问题是，这样的容器该用什么材料制造？1亿度的高温，任何材料也无法承受。

早期的科学家尝试了很多方案，仿星器，箍缩机、磁镜等。很遗憾，这些装置工作不稳定，实验效果不理想。为了约束高温等离子体，政府需要投入更多的钱，建造更精密的设备。50年代，美国投入巨额资金，启动“舍伍德工程”，希望成为聚变研究的领头羊，但这被英国抢了先，他们的ZETA聚变装置取得重大突破。ZETA的投资比“舍伍德工程”少得多，这下美国人脸上挂不住了，不让英国发布实验成功的消息。两国媒体相互拱火，英国《观察家报》说：这是羡慕嫉妒恨。《纽约时报》说：不对，我们不可能比你差。后来，美国迫于外界压力，允许英国人发表相关数据，结果，专家验证后发现，这次实验并没有成功。这期间，各国实验都没什么进展，政府不愿意再多投钱，研究经费减少。1958年，科学家们在日内瓦开了个会，大家合计合计，看看有什么更好的核聚变方案。苏联科学家萨哈罗夫提出的“托卡马克”概念，走进大众视野。

“托卡马克”，俄语意思“环状磁容器”，这个装置类似汽车轮胎，中空的，尺寸比轮胎大得多。在强磁场作用下，高温等离子体悬浮起来，被约束在环状腔体内，不接触设备内壁。

苏联人刚拿出该装置时，西方国家觉得这是骗人的玩意儿，就凭他们那点技术，能实现可控核聚变? 1969年，英国科学家跑到莫斯科查看，结果发现，这个方案是真的有效的。欧美各国知道消息后，一哄而上，纷纷建造起托卡马克。1982年，美国搞出了TFTR，1983年，欧洲弄出了JET，1985年，日本研制出JT-60。三套设备中，聚变产生的能量已经接近外界输入的能量，好比做生意，收入等于支出，不赚不亏。要是聚变能量再大点，就能支持发电了。怎么做才能实现呢？建造更大的托卡马克。更大意味着更多的投资，单个国家无法承担，于是就有了“国际热核聚变实验堆（ITER）”计划。

1985年，项目启动，当时仅有四个国家参与，分别是：美国、苏联、欧共体、日本。新组织独立于联合国原子能委员会。所谓的“国际”项目，实际上是排他的，只有强国才能玩得起。其他国家要想加入也行，只能以这某个成员国的“小伙伴”身份加入。加拿大是以欧共体小伙伴身份参加的。当时，中国经济、技术落后，没人肯带我们。

项目讨论了近十年，到1996年预算才出来了，至少一百亿美元。美国一看，立马退出。在这上面烧这么多钱，肯定影响国内聚变研究。而且国会要照顾石油利益集团，不会轻易拨款支持新能源。俄罗斯也有难处，经济出现问题，靠卖石油续命，对合作计划不上心。日本股市、房市泡沫破裂，出这么多钱，心疼。只剩下欧盟自己吆喝了，项目一直没有实质进展。

花开两朵，各表一枝。自上世纪70年代起，中国就开始研究托卡马克装置了。只是当时受技术和资金制约，建造规模很小，没有实力参加“国际热核聚变实验堆”项目。后来，苏联解体，莫斯科库尔恰托夫研究所写信给中国，愿意赠送超导托克马克装置T-7。库尔恰托夫研究所前身，苏联科学院原子能研究所，世界上第一座原子能核电站，在这里设计的。1979年，该所建造了T-7，刚建好不久，苏联又搞出了一个更大的T-15，所以T-7一直闲置着吃灰了。俄国人为什么送给我们？往大了说，可控核聚变涉及全人类利益，各国都会有合作，赠送旧设备很正常。往事实际上说，苏联刚解体，俄罗斯没有多余的钱修理维护。当然我们也没白拿，以物易物，据说回赠了他们两车皮羽绒服。

随后T-7被拆解运往中国。整套设备非常旧，跟垃圾堆里捡的一样。经过重新设计、改造，1994年，建成HT-7超导托卡马克，也被叫作“合肥超环”。中国掌握了超导托卡马克技术，成为第四个拥有此类装置的国家，前面三个分别是俄罗斯、日本、法国。在新设备上，中国科学家做了很多实验，让等离子体中心电子温度达到1200万度，并维持到400秒，打破法国人的记录。HT-7平台，培养了一批工程师，为后来建造“东方超环（EAST）”奠定基础。

“合肥超环”上很多零件从俄罗斯进口，坏了，还得请俄罗斯专家修理，核心技术并没有百分百国产化。后来，我们在这方面下了苦功夫，做了很多关键技术。等到了“东方超环”的时候，绝大部分部件都实现了国产。中国的聚变研究在世界舞台崭露头角，“国际热核聚变实验堆”项目也了中国身影。2002年，欧盟、日本、俄罗斯经过协商，欢迎中国参加。之后，美国宣布重新加入，韩国、印度也被拉进来。

实验堆建造任务怎么划分的呢？欧盟承担46%，剩下的6家，各自承担9%。计划的挺好，结果实行起来，又出问题了。法日两国围绕选址的问题争执不下 。

法国人提议，地址选在马赛附近的卡达拉舍，那里气候条件好，有现成的研究设施。日本人认为，青森县六所村最合适，靠近港口，离美军基地近，他们还表示愿意承担项目30%的费用。美国政府表面上态度中立，都是盟友，不能拉偏架。俄罗斯希望和欧洲搞好关系，支持法国。此时，中国的态度就很关键了。日本代表团私下承诺，如果中国科学家支持日本，项目建成后，日本出让10%的高层职位。中国专家拒绝了，理由是：青森县地震频发，美军基地发生过误射导弹的事情。后来，日本政府做出了让步，同意场址选在法国，但提出了几个条件：欧盟承担一半建设费用，卡达拉舍总部的20%工作岗位提供给日方，工程建造合同尽量给日本公司。

“国际热核聚变实验堆”项目，原计划持续35年，前10年建设反应堆，中间20年操作实验，最后5年拆除反应堆。从2006年七个成员共同签署协议算起，已经过去了14年，工程还没完工，为什么？项目太庞大，困难超出了最初预期，导致工期一拖再拖。参与的国家多，各有利益诉求，相互扯皮。虽然中国按照进度，保质保量完成任务，可其他几家不给力。

最后法国急了，再拖延下去，黄花菜都凉了。于是2019年，由中核集团牵头，成立中法联合体，和原来的项目组织方签订协议，实验堆核心部件的生产与安装交给中国。之后，工程建设速度立马加快。今年5月，中方完成杜瓦底座安装。这个1200吨的大家伙就相当于楼房的地基，托卡马克装置所有重要设备都要放在上面。

中国可控核聚变技术的进步，也引发了某些国家的担心。ITER项目中，其他6个参与方，甚至一度讨论把中国踢出去。可惜，如今没有中国的支持，ITER工程无法继续。以前，欧美禁运聚变实验设备，现在，“中国制造”却成了主力。2007年，中科院的“东方超环”建成后，各国科学家纷纷要求参与试验。这几年，每次试验，都有100多个外国专家前来观摩。

中国作为负责任大国，没有推卸国际责任，努力让ITER项目赶上日程，计划2025年完工。这也要其他成员共同协作，如果再扯皮，估计又要往后拖。不过，我们不会把鸡蛋放在同一个篮子里。2017年，中国决定建造自己的聚变工程试验堆（CFETR)，体积与“国际热核反应堆”相当，借鉴了前者的很多技术，计划2035年建成，并进行大规模科学实验。一切顺利的话，到2050年，中国将建设聚变商业示范堆，制造人类终极能源。

目前，全球技术最先进的托卡马克包括: 法国的Tore-Supra、俄罗斯的T-15、日本的JT-60U、中国的EAST，但这仅是实验装置，主要用作研究，而“中国聚变工程实验堆（CFETR)”是将研究推向实用化。可以理解为，前者是模型火车，后者是高铁。未来，如果有一盏灯能被聚变点亮，这盏灯一定是在中国。