當(dāng)你從東方的地平線(xiàn)升起
你將美麗普施于四方
你高懸于天空，光線(xiàn)照耀大地……
——埃及第十八王朝法老阿肯納頓《太陽(yáng)頌詩(shī)》（約公元前1370）
通往太陽(yáng)的道路
——國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)
碧聲
在計(jì)劃提出20年之后，國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)建設(shè)地點(diǎn)終于確定，擬于年內(nèi)開(kāi)工。這是一個(gè)事關(guān)世界未來(lái)能源安全的重大國(guó)際合作項(xiàng)目，其意義不遜于人類(lèi)基因組計(jì)劃和國(guó)際空間站。
原子核里封鎖著巨大的能量，它在瞬間釋放出來(lái)時(shí)，具有一切其它武器都難以企及的毀滅性，一點(diǎn)點(diǎn)物質(zhì)產(chǎn)生的能量就能摧毀一座城市。如果予以恰當(dāng)控制和分配，同樣的能量也許夠給這個(gè)城市供電一整年。我們目前對(duì)前者比對(duì)后者精通得多，從人類(lèi)擅長(zhǎng)互相殺戮的歷史來(lái)看，這樣的黑色幽默并不稀奇。但現(xiàn)實(shí)不完全是黑色的，在和平利用自身力量的光明道路上，人類(lèi)總算也還在緩慢前進(jìn)。
ITER所在地位置，法國(guó)卡達(dá)拉舍
2005年6月28日，國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的建設(shè)地點(diǎn)塵埃落定，工程終于將正式開(kāi)始。 這個(gè)項(xiàng)目英文名稱(chēng)縮寫(xiě)ITER，在拉丁語(yǔ)里是“道路”的意思。如果一切順利，它將成為世界第一個(gè)產(chǎn)出能量大于輸入能量的核聚變裝置，為制造真正的反應(yīng)堆作準(zhǔn)備。這條通往和平利用聚變能的“道路”，將“鋪設(shè)”在法國(guó)南部的卡達(dá)拉舍，這個(gè)地方屬于優(yōu)雅美麗的普羅旺斯。
太陽(yáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)
從某種意義上說(shuō)，人類(lèi)早就開(kāi)始間接地利用核聚變產(chǎn)生的能量——地球萬(wàn)物所依賴(lài)的能量，絕大部分都可追溯到太陽(yáng)，而太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的核聚變?nèi)蹱t。所有的恒星都依靠核聚變發(fā)出光和熱，可以說(shuō)，核聚變照亮著宇宙。
原子核集中了原子的絕大部分質(zhì)量，它由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)核子。質(zhì)子的正電荷之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，但強(qiáng)大的核力壓倒了電荷斥力，把核子緊緊束縛在一起。要把它們拆開(kāi)，必須花費(fèi)很多能量。
在不同元素的原子核里，核子的結(jié)合方式不同，把核拆成單個(gè)核子所需要的能量也不同。因此，有的時(shí)候，一個(gè)比較大的原子核分裂成兩個(gè)小的原子核時(shí)，會(huì)額外釋放出一些能量，稱(chēng)為核裂變。原子彈和核電廠所利用的，就是裂變能。有時(shí)候情況也相反，兩個(gè)小原子核結(jié)合形成一個(gè)大核時(shí)釋放出能量，即核聚變。太陽(yáng)和其它恒星的動(dòng)力，都來(lái)自聚變能。
氘氚聚變反應(yīng)
恒星里的聚變反應(yīng)有不同方式，到底采取哪種方式，取決于恒星的大小。太陽(yáng)是一顆中等恒星，它里面典型的反應(yīng)是，4個(gè)質(zhì)子經(jīng)過(guò)一系列變化，變成含2個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子的氦-4原子核，并釋放出一些能量。老實(shí)說(shuō)，這種反應(yīng)的效率很低，太陽(yáng)有著巨大的質(zhì)量，物質(zhì)非常多，雖然反應(yīng)效率低，也能產(chǎn)生很多能量。如果要在地球上完全模仿太陽(yáng)來(lái)進(jìn)行聚變發(fā)電，大家就只好虧損得去撞墻了。
在人類(lèi)比較了解的聚變反應(yīng)中，效率最高的是氫的兩種同位素——氘(D)和氚(T)的聚變，其次是氘核之間的聚變。普通的氫原子核就是1個(gè)質(zhì)子，氘核里有1個(gè)質(zhì)子、1個(gè)中子，氚核里有1個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子。氘和氚結(jié)合變成氦，釋放出能量。氘在地球上很豐富，每立方米的水中有30克，可以用電解提取。氚是不穩(wěn)定的放射性同位素，在自然界里沒(méi)有，必須用鋰來(lái)制取。地殼里有不少鋰，海水中也有一些。
理論上，只需要1千克氘和10千克鋰，就能以1000兆瓦的功率發(fā)電1天——或者你更愿意燒上1萬(wàn)噸煤？即使考慮運(yùn)營(yíng)成本、打上很多折扣，核聚變的能量產(chǎn)出也非?？捎^。一旦實(shí)用化，人們可以完全不必?fù)?dān)憂(yōu)“幾百年里石油會(huì)用光”之類(lèi)的事。而且石油的分布太不均勻，國(guó)際上很多麻煩由此而起，人們?nèi)绻辉僖蕾?lài)它，也許會(huì)相處得和睦些。
遙遙無(wú)期的實(shí)用化
早在上個(gè)世紀(jì)50年代，早期的受控?zé)岷司圩儯ú皇芸氐哪墙袣鋸?，至于冷的，我們后面再講）實(shí)驗(yàn)就取得了令人振奮的成果。當(dāng)時(shí)有科學(xué)家充滿(mǎn)自信地預(yù)言，50年后人們就可以用上核聚變工廠發(fā)的電。但現(xiàn)在50年過(guò)去了，我們離實(shí)用化的目標(biāo)似乎還有50年那么遠(yuǎn)。這讓人多少有點(diǎn)尷尬：就像超導(dǎo)、基因療法等其他一些許下了美好諾言卻遲遲不能兌現(xiàn)的研究那樣，時(shí)間長(zhǎng)了，公眾就開(kāi)始疲倦和懷疑了。
但因此而看輕了核聚變研究50年來(lái)的進(jìn)展，是不公正的。聚變反應(yīng)的原理早已成熟，無(wú)可懷疑，實(shí)用化的障礙在于其間的技術(shù)困難。這種事十分常見(jiàn)。兩塊鈾放在一起，超過(guò)臨界質(zhì)量，就觸發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這原理足夠簡(jiǎn)單吧？可是研制原子彈對(duì)任何國(guó)家都是艱巨工程，需要集中最優(yōu)秀的頭腦和巨大的物力來(lái)進(jìn)行。
和平利用核能、嚴(yán)格控制其穩(wěn)定產(chǎn)出與安全運(yùn)轉(zhuǎn)，工程的復(fù)雜度比造核彈更高（又不像核彈那樣有重大國(guó)防意義，也就不怎么受重視）。何況，聚變所需要的條件比裂變要高得多。太陽(yáng)核心的溫度有上千萬(wàn)度，可這只夠進(jìn)行低效率的質(zhì)子聚變。氘和氚發(fā)生聚變的最佳溫度，是1億度（在這種級(jí)別上，到底是用攝氏度還是絕對(duì)溫標(biāo)，其實(shí)都沒(méi)什么差異了）。這意味著，人類(lèi)必須制造出比太陽(yáng)更極端的環(huán)境。
把氣體加熱到1億度當(dāng)然非常需要技巧。而1億度的氣體用什么裝？沒(méi)有材料吃得消這樣的溫度。幸好這時(shí)原子核與電子早已分離，氣體變成帶電的等離子體，這樣就可以用磁場(chǎng)來(lái)束縛，讓等離子體完全懸空，不與容器的四壁接觸?，F(xiàn)在最流行的約束裝置叫做“托卡馬克”，它是蘇聯(lián)人發(fā)明的，大致是一個(gè)環(huán)形的管子，受強(qiáng)磁場(chǎng)約束的等離子體懸浮在管子中央，形狀像一個(gè)面包圈。
熱核聚變?cè)诩夹g(shù)上的困難，使得一些科學(xué)家轉(zhuǎn)而尋求更簡(jiǎn)單的辦法。1989年轟動(dòng)世界的“冷核聚變”事件，至今還爭(zhēng)議重重。當(dāng)時(shí)猶他州大學(xué)的兩位科學(xué)家宣布，他們將鈀電極浸泡在重水中，在室溫下實(shí)現(xiàn)了核聚變，產(chǎn)出能量比輸入能量更多。很多人重復(fù)了他們的實(shí)驗(yàn)，但重復(fù)不出結(jié)果，這件事因此成為“病態(tài)科學(xué)”甚至騙局的一個(gè)代表。但也有人不肯放棄，美國(guó)能源部甚至在事隔16年后重新開(kāi)始征集冷核聚變實(shí)驗(yàn)方案。
當(dāng)然，相比起沒(méi)有弄清楚原理、甚至不知道到底是否存在的冷核聚變，技術(shù)上困難但原理上清楚的受控?zé)岷司圩內(nèi)匀皇侵饕难芯繉?duì)象。這些年來(lái)，人們正在穩(wěn)步取得進(jìn)展。各國(guó)的托卡馬克裝置性能不斷上升，加熱溫度從1000萬(wàn)度上升到幾億度，產(chǎn)生的等離子體在密度和維持時(shí)間上也提升了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。輸出的能量也接近了輸入能量，只是還沒(méi)有達(dá)到“收支平衡”的狀態(tài)，更不用說(shuō)“盈利”。
和平道路
ITER的誕生，不僅是出于科學(xué)需要，也與當(dāng)時(shí)的國(guó)際政治氣候相符。20世紀(jì)80年代，各國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，他們需要合作建造更大的托卡馬克，來(lái)更深入地研究聚變反應(yīng)。此時(shí)美蘇關(guān)系解凍、東西方冷戰(zhàn)終結(jié)，兩個(gè)超級(jí)大國(guó)需要用一個(gè)和平項(xiàng)目來(lái)顯示合作的誠(chéng)意。一個(gè)大規(guī)模的核聚變研究項(xiàng)目，既沒(méi)有國(guó)防意義，也不能馬上賺到錢(qián)，但符合人類(lèi)長(zhǎng)期發(fā)展的共同利益，和平而且清貴，正合乎核裁軍后的政治需要。于是，在1985年11月的日內(nèi)瓦峰會(huì)上，里根和戈?duì)柊蛦谭蚪邮芰嗣?、蘇、歐、日共建核聚變工程以和平利用核能的建議，這就是ITER計(jì)劃。
ITER是一個(gè)國(guó)際項(xiàng)目，研究人員來(lái)自不同國(guó)家
那以后并不一帆風(fēng)順。能源危機(jī)的陰影漸漸淡去（當(dāng)然，最近幾年似乎又回來(lái)了，油價(jià)飛漲，“戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備”成為流行語(yǔ)），替代傳統(tǒng)能源的需求并不為各國(guó)政府特別重視。核裂變發(fā)電廠的危險(xiǎn)，使公眾越來(lái)越不喜歡核電，聚變發(fā)電的環(huán)境危害非常小，但仍不免遭池魚(yú)之殃。而且，一個(gè)很大程度上因政治而生的項(xiàng)目，當(dāng)然也更容易受大國(guó)關(guān)系變動(dòng)的損害。1998年ITER的設(shè)計(jì)都快要完成了，美國(guó)卻退出了計(jì)劃，這讓俄、歐、日決定縮減項(xiàng)目規(guī)模。
但是，能源問(wèn)題畢竟不容忽視，氣候變化的壓力也越來(lái)越大，人類(lèi)必須減少使用化石燃料，尋求新的能源。聚變研究如果成功，很可能成為未來(lái)世界能源的主力。磕磕絆絆多年之后，ITER還是完成了詳細(xì)設(shè)計(jì)，進(jìn)入了選擇建設(shè)地點(diǎn)、準(zhǔn)備動(dòng)工的階段。美國(guó)重新回到計(jì)劃中，中國(guó)和韓國(guó)也加入進(jìn)來(lái)，形成歐、美、俄、中、韓、日六方共同建設(shè)的局面（其間加拿大也曾參與，但2003年底退出）。
ITER的等離子環(huán)剖面圖
ITER是一個(gè)事關(guān)世界未來(lái)能源安全的重大國(guó)際合作項(xiàng)目，其意義不下于人類(lèi)基因組計(jì)劃和國(guó)際空間站。它計(jì)劃于2015年建成并產(chǎn)生第一批等離子體，運(yùn)行21年。ITER本身將不用來(lái)發(fā)電，它是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，其長(zhǎng)期任務(wù)是取得技術(shù)上的關(guān)鍵突破：越過(guò)能量的“收支平衡點(diǎn)”，證明利用核聚變能在技術(shù)上是可行的，具有實(shí)用價(jià)值。目前托卡馬克裝置性能的世界紀(jì)錄是歐洲的JET，它的最高輸出功率達(dá)到16兆瓦。ITER的等離子環(huán)直徑將達(dá)12米，比JET大一倍，功率可望達(dá)到400-700兆瓦。
如果ITER取得成功，人們下一步將在2035年左右建造一個(gè)叫DEMO的試驗(yàn)反應(yīng)堆。然后在2050年建造第一個(gè)商業(yè)化反應(yīng)堆，2060年增加到10個(gè)，2100年增加到1500個(gè)，滿(mǎn)足全球電力20%的需求?！?dāng)然，科學(xué)成果是不能預(yù)約的，我們并不能保證ITER一定能成功、一切都能按日程表進(jìn)行。現(xiàn)在的人們也許大多數(shù)活不到用上核聚變能的時(shí)候。
法國(guó)VS日本
為了方便運(yùn)作，ITER自然要建設(shè)在參與國(guó)之一的領(lǐng)土上。承建ITER的好處很多，巨額工程合同還只是短期的小利，更重要的是本國(guó)核能研究事業(yè)將得到巨大促進(jìn)、確保世界領(lǐng)先地位。起初有4個(gè)競(jìng)爭(zhēng)地點(diǎn)，分別在法國(guó)、西班牙、日本和加拿大。美國(guó)因?yàn)榉▏?guó)不支持打伊拉克，在ITER的問(wèn)題上給法國(guó)使絆兒，先說(shuō)支持西班牙，后來(lái)西班牙在歐洲的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰后，又轉(zhuǎn)而支持日本。選址談判一度陷入三對(duì)三的僵局，美、韓支持日本，而俄、中力挺法國(guó)。媒體開(kāi)玩笑說(shuō)“道路迷路了”。
卡達(dá)拉舍
在技術(shù)上當(dāng)然是法國(guó)比較有優(yōu)勢(shì)，其核能工業(yè)世界領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)大部分電力來(lái)自核電，可謂履歷優(yōu)良?？ㄟ_(dá)拉舍本來(lái)就是法國(guó)核能研究的重地，氣候良好，交通便捷，位于普羅旺斯的艾克斯附近。后者是著名的大學(xué)城、塞尚的故鄉(xiāng)。此外，法國(guó)發(fā)生地震的危險(xiǎn)比日本要小。但歐洲內(nèi)部的政治問(wèn)題，加上公眾不太齊心，也使法國(guó)的方案有弱點(diǎn)。
日本提出的建設(shè)地點(diǎn)在青森縣六所村，青森縣位于本州島東北部，與北海道隔海相望，稍嫌偏僻，不免讓人疑慮其交通、供電等配套服務(wù)是否能滿(mǎn)足ITER的需求。但日本也有優(yōu)勢(shì)，聚變研究很有成果，它的JT-60托卡馬克可與其他國(guó)家任何一流的托卡馬克裝置相比。更重要的是，日本資源短缺，在開(kāi)發(fā)新能源的問(wèn)題上比別的國(guó)家急切得多，國(guó)家固然不惜代價(jià)，公眾也對(duì)申請(qǐng)建造ITER非常支持。日本還試圖說(shuō)服中國(guó)認(rèn)為，ITER建在亞洲將有利于中日雙方。
ITER的結(jié)構(gòu)圖
法國(guó)和日本互不相讓?zhuān)阕憬┏至艘荒臧?。其間歐盟于2004年底放出狠話(huà)，說(shuō)再談不攏就要撇開(kāi)日、美，跟支持自己的伙伴單干。理論上講，歐、俄、中三方聯(lián)手，確實(shí)有單干的實(shí)力。日本這下有點(diǎn)扛不住了，加上小布什連任成功，感覺(jué)事易時(shí)移，需要對(duì)歐洲示好，于是不再支持日本。這下子，競(jìng)爭(zhēng)雙方強(qiáng)弱立判。日本原先堅(jiān)決不肯談?wù)揑TER建在法國(guó)的可能性，現(xiàn)在不得不讓步，最終退出競(jìng)爭(zhēng)。6月28日于莫斯科舉行的六方會(huì)談上，卡達(dá)拉舍終于被確定為ITER的建造地點(diǎn)。法國(guó)人非常高興，希拉克親赴卡達(dá)拉舍表示祝賀，一位負(fù)責(zé)科學(xué)家得意洋洋地對(duì)媒體說(shuō)“這個(gè)地方無(wú)與倫比。”
不過(guò)，日本的屈服也得到了優(yōu)厚的補(bǔ)償。在約55億美元的ITER建造預(yù)算中，歐盟將承擔(dān)一半（其中包括法國(guó)的10%），另一半由美、俄、中、日、韓平攤，每家10%，大多以設(shè)備和零件的方式提供。日本將得到20%的零件制造合同，以及20%的科研職位，而不是按出錢(qián)的份額只占10%。歐盟還同意支持由一位日本人來(lái)?yè)?dān)任ITER組織的負(fù)責(zé)人。
日本得到的好處超過(guò)了它的貢獻(xiàn)份份額，這讓中國(guó)和韓國(guó)有點(diǎn)不爽。另一方面，盡管如此，日本科學(xué)家還是大失所望，正在尋找出氣的對(duì)象。有人說(shuō)一開(kāi)始把地方選在青森縣就是錯(cuò)誤的，那里太偏僻了，會(huì)讓人以為日本不夠重視這個(gè)工程。還有人怪首相小泉純一郎缺少個(gè)人魅力：法國(guó)總理希拉克可以就ITER的價(jià)值和重要性侃侃而談半小時(shí)，小泉?jiǎng)t只會(huì)說(shuō)“我們想要ITER”。
但無(wú)論如何，僵局打破是一件好事，總的來(lái)說(shuō)還是令人高興的。有關(guān)計(jì)劃尚需各國(guó)議會(huì)批準(zhǔn)，如無(wú)意外，在今年內(nèi)，負(fù)責(zé)運(yùn)行ITER的組織就將成立，工程也將正式開(kāi)始。畢竟從計(jì)劃提出至今已經(jīng)20年了，一位業(yè)內(nèi)人士說(shuō)：“坦率地講，ITER得快點(diǎn)動(dòng)工才行，不然當(dāng)年參加談判的人們都老得要死掉了。”
