托举“人造太阳” 探索无限能源
技术人员在ITER预组装大厅进行吊装作业准备
ITER总部外景
形似“橘子瓣”、重达数百吨的巨大构件，被精确吊装进入地下深坑。这片扇形结构是国际热核聚变实验堆（ITER）真空室的重要组成部分，也是人类向无限能源发起冲击的关键一环。作为全球规模最大的国际科研合作项目之一，ITER旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索可控核聚变技术商业化可行性。日前，经过严格的安全检查，记者走进了这座坐落于法国南部的科研基地，实地探访“人造太阳”项目建设进展。
自提出构想以来已经历时四十载
30多个国家上千名人员参与建设
从法国南部港口城市马赛出发，驱车约一小时，记者来到丘陵环抱中的圣保罗—莱迪朗斯小镇。ITER总部就坐落在一处地势较高的丘陵之上，主楼正面外观呈黑色，辅以白色硬朗线条，充满科技感。建筑一侧悬挂着一面巨大的英文标识牌，写着“安全组装ITER，为了聚变能源的未来”。ITER是迄今为止全球规模最大的核聚变实验装置，总占地面积达180公顷，除主反应堆外，还配有规模庞大的供电、冷却等配套设施。来自30多个国家的上千名科学家、工程师和技术人员在此工作。
自1985年提出构想以来，经过多年磋商与技术论证，2006年11月21日，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同签署《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》，决定在法国建设实验堆。各方采取“实物出资”模式，即不直接现金出资，而是由各成员自行制造所承担的设备部件，运送至现场统一集成组装。
在进入反应堆核心区域之前，记者在工作人员的指引下，依次完成了严格的防护准备：佩戴安全帽、防护眼镜和防尘鞋套，随后乘坐专用通勤车驶向园区深处。下车后，还需在专设区域清洗鞋底灰尘，穿戴手套与鞋套，并穿过两道厚重的隔尘门帘。一系列检查后，记者终于踏上了ITER反应堆核心建筑的平台，这是参观者能够到达的距离真空室最近的位置。真空室是项目工程最关键的核心部件之一。
在核心建筑平台透过玻璃望去，施工现场秩序井然，庞大的建筑空间令人感到自身的渺小。整个安装空间高度达数十米，一座几层楼高的巨大螺管矗立中央，一片“橘子瓣”状的真空室扇段通过特殊装置连接到中央螺管上。周边许多设备被严密遮盖，等待安装。技术工人正在进行高精度定位、吊装与焊接作业，施工区域内严格执行温控与防尘要求。
ITER项目建设面临的一大挑战，是来自世界各地专业研究机构提供的大型部件运输至项目现场的物流问题。例如，ITER装置的18个D形环向场线圈，每个重达310吨，包括运输车在内的最重组件可达900吨，部分难以运输的超大型设备需在项目现场进行制造和组装。
ITER组织副总干事罗德隆向记者介绍，核聚变相比核裂变优势明显，几乎无放射性污染，没有温室气体排放，燃料来源广泛且能效极高。一升海水中提取出的氘，经过聚变反应后释放出的能量相当于燃烧300升汽油。“如果能够实现聚变能的大规模受控应用，人类的能源问题将从根本上得到解决。”
“磁场包住火”模拟太阳核聚变环境
中国团队承担18个关键设备包
ITER采用的核聚变技术路线叫作“托卡马克”，由苏联科学家在20世纪50年代提出，是目前国际上最主流且可行性较大的核聚变技术路线。托卡马克装置内布满巨大的磁线圈，通过强磁场形成环形的“磁笼”，将超高温等离子体牢牢悬浮在真空室中央，使其与容器壁完全隔离，从而实现安全稳定的聚变反应。这种用“磁场包住火”的方式，使得人类能在地球上复制出类似太阳内部的核聚变环境，因此该装置也被形象地称为“人造太阳”。
预组装大厅里，高高的吊架上悬着一个超大豌豆形金属设备，吊斗里的技术人员正对其进行检查，这是托卡马克主机真空室的模块之一。聚变反应的条件极为苛刻，反应温度至少需要达到1.5亿摄氏度，相比之下，太阳中心的温度也“仅有”约1500万摄氏度。要想装住如此高温的等离子体，只能使用特殊设计的“保温壳”隔绝热量。科学家们采用类似于保温杯的结构，使用双层耐辐照不锈钢在中间抽取真空形成真空室，并在外层加装冷屏制造出高效隔热的结构。这样的结构可以一边确保真空室内部上亿摄氏度的高温等离子体能量不向外扩散，一边帮助真空室外部的磁体线圈保持零下269摄氏度的低温以触发超导效应，可谓“冰火两重天”。
罗德隆介绍，ITER整个真空室预计由9个扇段拼接组成，总部件重量达8000吨，超过法国埃菲尔铁塔的重量。由于整体规模巨大，真空室必须分为若干扇段单独制造与组装，最终拼接成一个完整的结构。安装精度需控制在毫米级，每一瓣之间必须严丝合缝。每片“橘子瓣”内部结构同样极为复杂，其中使用了大量超导线圈，每根直径不到1毫米的超导线内又包含了8000至10000根细丝，每一根都经过特殊涂层处理。
据介绍，中国团队承担了ITER项目中18个关键设备包，包括超导磁体馈线、纵向场线圈、极线场线圈、校正场线圈、脉冲功率系统和磁体电源转换设备等核心部件。截至目前，中国的产学研机构与ITER组织签订了85份设计和制造合同。由中核牵头组建的中法企业联合体，还承担了反应堆核心机器的组装起吊、精密定位、连接和检查任务。中方设备交付及时，质量过硬，极高的施工效率获得ITER方面的高度评价。
反应堆有望2034年点火运行
材料技术是目前最大瓶颈
通过建造和运行ITER装置，可以验证核聚变反应在大规模、长时间、高参数条件下的可行性。同时，核聚变实验堆的建设涉及众多前沿科学技术领域。在材料科学方面，需要研发能够承受高温、高辐射、强磁场等极端条件的材料；在超导技术领域，ITER装置使用了大量的超导磁体来产生强磁场，这将推动超导材料的制备和应用技术的发展。此外，还涉及高精度的测量技术、先进的控制系统、复杂的工程设计等多个领域。这些技术的协同发展将带动相关产业的技术进步，促进人类整体科学技术水平的提升。
“聚变永远还有50年”，这曾是人们对于攻克可控核聚变技术挑战的半开玩笑式的描述。根据ITER最初的设想，该反应堆计划在2016年建成，但受限于工程本身的复杂性和多国协作模式的整合难度，项目工期一延再延。目前，仅有一片“橘子瓣”完成安装，反应堆距离完全建成仍需较长时间。ITER理事会正在对反应堆建设进度制定新的工程基准。据ITER组织最新预计，反应堆有望在2034年实现首次点火运行。
为什么可控核聚变如此艰难？ITER组织工程师符津科告诉记者，材料技术是目前最大瓶颈。迄今为止，人类尚未找到能直接承受上亿摄氏度高温的材料，即便是最耐高温的钨合金也只能承受三四千摄氏度。因此，必须借助磁场精确控制等离子体位置，确保其稳定运行。此外，燃料自给、材料辐照老化、热能回收效率和经济可行性等问题仍待突破。
ITER组织战略协调官苏明星表示，像ITER这样接近人类科学极限的工程，需要一代代科研人员秉持“愚公移山”的精神，持续探索、积累经验、攻克难关。当被问及假如反应堆建成却最终实验失败怎么办时，苏明星笑着回答：“无论成功或失败，我们都已成为书写人类科学史的一员。”
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