武松濤（前排右一）向來(lái)賓介紹受控核聚變裝置

武松濤（右一）向來(lái)賓展示高溫超導(dǎo)材料

        現(xiàn)在，國(guó)際上“人造太陽(yáng)”研究非?；钴S。作為當(dāng)今最具代表性的國(guó)際大科學(xué)合作研究計(jì)劃之一，它與國(guó)際空間站、人類(lèi)基因組測(cè)序等項(xiàng)目一起，吸引了全世界的目光。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的反應(yīng)原理與太陽(yáng)內(nèi)部的聚變?cè)硪粯樱员恍蜗蟮胤Q(chēng)為“人造太陽(yáng)”?！叭嗽焯?yáng)”計(jì)劃將幫助人類(lèi)徹底擺脫能源短缺的困境。近日，記者就“人造太陽(yáng)”的研發(fā)進(jìn)展及遠(yuǎn)景等問(wèn)題采訪了中科院等離子體所裝置總體設(shè)計(jì)研究室主任武松濤。

        “人造太陽(yáng)”是指受控核聚變

        武松濤說(shuō)，太陽(yáng)之所以能夠釋放出能量，是因?yàn)樵谔?yáng)上不斷進(jìn)行著核聚變。在地球上，人類(lèi)也早已實(shí)現(xiàn)了核聚變—?dú)鋸棻?。但氫彈是一種不可控制的武器，會(huì)產(chǎn)生毀滅性的后果。“人造太陽(yáng)”（ITER）的原理就是，把氫彈的爆炸過(guò)程用人為手段大大減緩，反應(yīng)產(chǎn)生的能量被緩慢而穩(wěn)定地輸出，轉(zhuǎn)化為電能，成為一個(gè)取之不盡的天然能源庫(kù)，類(lèi)似太陽(yáng)給予人類(lèi)的光和熱。氫彈是非可控非持續(xù)的核聚變，這已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。我們現(xiàn)在已投入運(yùn)行的EAST實(shí)驗(yàn)裝置及將要建造的ITER核聚變實(shí)驗(yàn)堆準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該稱(chēng)為“人造太陽(yáng) ”實(shí)驗(yàn)裝置。
        什么是“人造太陽(yáng)”？武松濤說(shuō)，通俗地說(shuō)，科學(xué)家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效地控制“氫彈爆炸”的過(guò)程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定地輸出?？茖W(xué)家們把這類(lèi)裝置比喻為“人造太陽(yáng)”，因?yàn)樗梢韵裉?yáng)一樣，為人類(lèi)提供一種無(wú)限的、清潔的和安全的能源。
        這個(gè)裝置就叫“托卡馬克”。“托卡馬克”是上世紀(jì)60年代由前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的，是“磁線圈圓環(huán)室”的俄文縮寫(xiě)，又稱(chēng)環(huán)流器。這是一個(gè)由封閉磁場(chǎng)組成的“容器”，像一個(gè)中空的面包圈，可用來(lái)約束電離子的等離子體。人們本來(lái)設(shè)想，有了“面包爐”，只需把氘、氚放入爐內(nèi)加火烤制，把握好火候，能量就應(yīng)該流出來(lái)。但事情并不那么簡(jiǎn)單。

        無(wú)限、清潔和安全的能源

        和傳統(tǒng)的核電站相比，“人造太陽(yáng)”有巨大優(yōu)勢(shì)。武松濤說(shuō)，傳統(tǒng)核電站的原理是核裂變，“人造太陽(yáng)”的原理是核聚變，是指受控核聚變。核聚變反應(yīng)主要借助氫同位素—氘和氚的聚變。在核聚變反應(yīng)堆里，氫同位素重氫和超重氫等原子聚合后，變成更重的原子。這和通過(guò)分裂而釋放能量的核裂變截然不同，人們需要進(jìn)行許多實(shí)驗(yàn)來(lái)了解有關(guān)反應(yīng)的特性。
        武松濤說(shuō)，聚變電站主要有兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：第一，燃料上，聚變電站用的是氫元素的同位素氘或者是氚，氘在海水中大量存在，1公升的海水可以提煉約30毫克的氘，這些氘經(jīng)核聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300公升汽油燃燒所放出的能量。海水中的氘若都用來(lái)產(chǎn)生核聚變的能量，足夠人類(lèi)使用數(shù)億年乃至幾十億年，可以說(shuō)取之不盡、用之不竭。第二，聚變電站比較安全。聚變產(chǎn)生的將是清潔的無(wú)污染的能源，不存在長(zhǎng)壽命核廢料的泄漏危險(xiǎn)。核聚變產(chǎn)生物是中子和氦，中子是我們需要的能量所在，氦則是無(wú)害的惰性氣體。

        “人造太陽(yáng)”——一個(gè)割舍不去的夢(mèng)

        武松濤說(shuō)，1985年，處在冷戰(zhàn)時(shí)期的美、蘇兩個(gè)核超級(jí)大國(guó)在日內(nèi)瓦峰會(huì)上提出了一個(gè)人類(lèi)歷史上前所未有的宏大合作計(jì)劃—“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃”，也就是被稱(chēng)作“伊特爾”（ITER）的人造太陽(yáng)計(jì)劃。1988年，該計(jì)劃正式啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)20多年的共同努力，在克服一個(gè)又一個(gè)重大科研難題的基礎(chǔ)上，由中、歐、日、韓、俄、美六方組成的ITER國(guó)際組織于2007年10月24日正式成立，后來(lái)印度也加入進(jìn)來(lái)。
        在這個(gè)國(guó)際組織中，每個(gè)成員都是平等的。按照章程，我國(guó)將承擔(dān)熱核反應(yīng)堆工程總造價(jià)46億美元的10％，同時(shí)分享全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)和科技、商業(yè)利益。
        武松濤說(shuō)，合作的各方都是完全平等的關(guān)系，不存在誰(shuí)領(lǐng)導(dǎo)誰(shuí)?，F(xiàn)在對(duì)ITER裝置系統(tǒng)的貢獻(xiàn)上已經(jīng)有了分工，每個(gè)國(guó)家都要貢獻(xiàn)建造ITER實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的部件和技術(shù)，最終運(yùn)到法國(guó)去組裝。我國(guó)將有10%的貢獻(xiàn)率，這10%中的80%以上主要以生產(chǎn)關(guān)鍵零部件的形式送到法國(guó)參與組裝，其中包括超導(dǎo)技術(shù)、大功率電源技術(shù)、遙控技術(shù)、包層的技術(shù)等，另外的部分將以現(xiàn)金方式貢獻(xiàn)，大概是5000多萬(wàn)歐元。
        我國(guó)研制“人造太陽(yáng)”經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。實(shí)際上，自從人們揭開(kāi)太陽(yáng)燃燒的秘密以來(lái)，就一直希望模仿太陽(yáng)在地球上實(shí)現(xiàn)核聚變，從而為人類(lèi)提供無(wú)盡的能源。50多年過(guò)去了，人們只見(jiàn)到了氫彈的爆炸，而沒(méi)有看到一座核聚變發(fā)電站的出現(xiàn)，但它誘人的前景依然是人們心中一個(gè)割舍不去的夢(mèng)。
        “我國(guó)第一臺(tái)超導(dǎo)托卡馬克裝置從1990年開(kāi)始建造，”武松濤說(shuō)，“中科院等離子體物理所歷時(shí)3年多才建成，它使中國(guó)成為繼俄、法、日之后第4個(gè)擁有同類(lèi)實(shí)驗(yàn)裝置的國(guó)家，2006年和2007年兩次成功放電。實(shí)驗(yàn)中最高電子溫度已超過(guò)5000萬(wàn)攝氏度，并獲得可重復(fù)的大于300秒的等離子體放電?！?BR>        我國(guó)研制的EAST又稱(chēng)“實(shí)驗(yàn)型先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克”，是一臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，是世界上第一個(gè)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻壁結(jié)構(gòu)的托卡馬克。該裝置有真正意義的全超導(dǎo)和非圓截面特性，更有利于科學(xué)家探索等離子體穩(wěn)態(tài)先進(jìn)運(yùn)行模式。這個(gè)裝置從內(nèi)到外一共由五層部件構(gòu)成，最內(nèi)層的環(huán)行磁容器像一個(gè)巨大的游泳圈，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)后，“游泳圈”內(nèi)部將達(dá)到上億度的高溫，這也正是模擬太陽(yáng)聚變反應(yīng)的關(guān)鍵部位。
        “EAST在技術(shù)上有很大的突破?！蔽渌蓾f(shuō)，“現(xiàn)在的EAST的規(guī)模、性能都將遠(yuǎn)超它的前輩，能使等離子穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間達(dá)到16分鐘以上，獲得1億攝氏度以上的高溫，是能讓等離子體運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的‘人造太陽(yáng)’實(shí)驗(yàn)裝置?！?BR>雖然“人造太陽(yáng)”的奇觀在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)出現(xiàn)，但離真正的商業(yè)運(yùn)行還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離，“人造太陽(yáng)”所發(fā)出的電能在短時(shí)間內(nèi)還不可能進(jìn)入人們的家中。根據(jù)目前世界各國(guó)的研究狀況，這一夢(mèng)想最快有可能在50年后實(shí)現(xiàn)。

人造太陽(yáng)實(shí)驗(yàn)裝置

        徹底變革世界能源供應(yīng)格局

        “人造太陽(yáng)”能給我們帶來(lái)哪些改變？武松濤說(shuō)，自然界最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素氘和氚的聚變，這種反應(yīng)已經(jīng)在太陽(yáng)上持續(xù)了50億年。氘在海水中蘊(yùn)藏量豐富，多達(dá)40萬(wàn)億噸。從海水中提取氘，使其在上億攝氏度的高溫下與氚產(chǎn)生聚變反應(yīng)。如前所述，1公升海水里提取的氘，在完全的聚變反應(yīng)中所釋放的能量，相當(dāng)于燃燒300公升汽油釋放的熱能，而海水用之不盡，釋放出的能量足夠人類(lèi)使用幾百億年，而且反應(yīng)物是無(wú)放射性污染的氦。因此，核聚變被認(rèn)為是未來(lái)解決世界能源和環(huán)境問(wèn)題最重要的途徑之一，這一成果一旦投入商業(yè)運(yùn)行，將徹底變革世界能源供應(yīng)格局。
        ITER成功運(yùn)用以后，世界能源的格局將發(fā)生很大變化。按照發(fā)展中國(guó)家來(lái)估計(jì)，“人造太陽(yáng)”成熟應(yīng)用大概需要40年到50年吧。到2050年左右的時(shí)候，核聚變可能剛開(kāi)始應(yīng)用，不會(huì)占多大比例，但是世界能源署的一份報(bào)告說(shuō)，到2100年，核聚變能大概占到世界電力能源的33%，核裂變約占13%，可再生能源約占10%，水能、地?zé)崮芗s占10%。

武松濤簡(jiǎn)介
    武松濤，1962年生，博士、研究員（教授）、博導(dǎo)。1983年畢業(yè)于華中理工大學(xué)光學(xué)工程系，獲學(xué)士學(xué)位。在中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所獲核聚變與等離子體物理碩士學(xué)位及核能科學(xué)與工程博士學(xué)位?，F(xiàn)任所長(zhǎng)助理、所學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、裝置總體設(shè)計(jì)研究室主任、中國(guó)科學(xué)院研究生院教授，并兼任中國(guó)制冷學(xué)會(huì)第一專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員和安徽省青年科技協(xié)會(huì)理事，是享受?chē)?guó)務(wù)院政府津貼的專(zhuān)家。曾分別在德國(guó)馬普等離子體物理研究院、日本國(guó)立核聚變科學(xué)研究院和俄羅斯葉夫列莫夫電物理研究院學(xué)習(xí)和工作過(guò)。曾獲中國(guó)科學(xué)院科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。