文、图：赵洋
今天是4月22日，世界地球日。在这个稀奇的日子，我受邀来到位于成都的中核集体西南物理研究院，参观有名的“中国环流器2号”。据说这个装配的最大意义就是能够珍爱地球。为什么这么说？容我慢慢道来。
核聚变，顾名思义，就是要行使原子核聚变回响发生的能量。人类最早发现的核聚变回响是太阳内的核回响。最有名的人工核聚变回响就是氢弹爆炸。而这个研究院科研人员的方针，是把来自太阳的能量和储藏在氢弹中的伟大能量，迟缓、平安地释放出来。
这话说起来轻易，实践起来谈何轻易，太阳是一颗中等质量的恒星，质量相当于地球的N倍，其内部能够达到1500万度的高暖和N个大气压的高压，所以可以发生可持续的核回响。而氢弹，其爆炸机理爽性就是用原枪弹当隐性行使原枪弹核聚变回响发生的高温高压激发核原料发生聚变回响。
受控核聚变回响则是用惯性或许是磁约束的体式将核聚变材料聚合在一路，使之发生人类能够掌握的、平安的、迟缓的核回响。而且，从中获得的热量能够转化为机械能，进而转化为电能。以替代今朝广为使用的化石能源。
因为受控核聚变装配的根基物理道理与太阳内部核回响的机理相仿，所以这种装配被形象地称为“人造太阳”。
作为科普作家与科普展览策展人，我受国资委新闻中心邀请，考查高科技国企，看看哪些手艺可转化为科技馆展览展品。
核能、核动力与人类将来，是我此行考查的重点。海报中央谁人人是我。
我正在谋划着一个以丝绸之路主题的科普展览，也进展在这些高科技企业中获得灵感。
作为一个科技喜爱者，我当然据说过“受控核聚变发电，永远的50年后”的魔咒。这个魔咒说的是，自20世纪50年月受控核聚变道理提出以来，每逢有媒体问到相关专家何时才能实现发电时，专家总说50年后，一个10年又一个10年曩昔了，直到20世纪末谜底仍是如许。
为何会显现受控核聚变发电“永远的五十年后”魔咒？若何打破这个魔咒？
带着这个问题，我叨教了研究院的刘院长。他关切地说，切实有这个问题，受控核聚变太难了。
研究过程中碰到会碰到很多预想不到的难题，布满不确定性，但挑战与时机并存。在碰到预想不到的难题的同时，往往也会显现预想不到的发现与进展，这也是研究的情趣地点，如今看来经由全世界几代研究者的不懈起劲，看到受控核聚变发电的前景，不会再用50年了，或许再用30年就能够实现了。如今列国已经结合起来进行手艺冲破——2006年，中国，欧盟，印度，..，韩国，俄罗斯和美国七方，正式结合实施国际热核聚变实验堆（ITER）规划，该规划是世界上仅次于国际空间站的又一个大科学工程。ITER托卡马克装配的体积接近天坛祈年殿的尺寸，高30米，直径28米，重达1万吨。
核聚变这么难，然则它的优点也是显而易见的，好比平安性高，废料处理，成本低，原料轻易获得等等。核聚变的燃料，氢的同位素氘在海水中储量极为雄厚，从一升海水中提出的氘，在完全的聚变回响中可释放相当于燃烧300升汽油的能量。氘氚回响的产品没有放射性。核聚变回响堆也不会发生污染情况的硫、氮氧化物，更不会释放温室效应气体，并且核聚变回响堆只要停电，就主动住手运行。能够说它是一种无污染，无核废料，资源近乎无限的幻想能源。受控核聚变发电的实现将从基本上解决人类的能源问题。
从20世纪40年月末起头，世界各科技强国就斥地了多种体式，研究核聚变等离子体的约束方式，研究经费投入每年都跨越10亿美元。在这个过程中，人们对实现可控核聚变难度的熟悉也慢慢加深，从20世纪70年月起头，托卡马克这种途径逐渐显出其奇特的优胜性，并在80年月，成为受控核聚变研究的主流途径。托卡马克是tokamak的俄文缩写，是指环形磁约束受控核聚变实验装配，所以中文又称环流器，它是由一个环形关闭磁场构成的磁笼子，高温高压的等离子体就被约束在这个磁场组成的无形笼子里，这个磁笼的外形很像一个中空的救生圈，等离子体环中能发生一个很大的环电流。经由近半个世纪的起劲，托卡马克已经显露出光亮的前景，等离子体约束获得显着结果，温度达到上亿度。而发生核聚变能量的科学可行性已经被证实了，然则相关的功效都是以短脉冲的形式发生的，与实际回响堆一连运行还有很大的距离，并且核聚变回响可否矜持仍然需要实验验证，所谓矜持就是它发出的能量，能够供给它自身运行所需的能量。
我问刘院长的第二个问题是，我看到有些文章写到，托卡马克研究进展这么慢，原因在于有或者它并不是最优的受控核聚变装配构型，或许如今列国都对托卡马克发生了手艺的路径依靠，而真正适合受控核聚变的手艺构型人类还没有索求出来。
对此，刘院长回覆说，切实有这种或者，并且包罗中国在内的研究核聚变的首要国度也切实都在分出一部门精神在研究其他构型的核聚变装配。今朝仅次于托卡马克的装配叫做仿星器。德国就用一半的核聚变研究经费来研究仿星器构型，这种装配相当于托卡马克的升级版。不外国际学术界公认的是，固然托卡马克进展没有那么快，但仍是今朝最有进展成功的可控核聚变装配。
聊了这么多配景常识，终于到了等候已久的实地参观环节了。没想到核聚变装配及其掌握室，与会议室在统一座大楼内。并不像有些科幻片所描述的那样，会藏在深深的地下或坚硬的碉堡中。首先看到的是掌握室，它与小型的航天发射场掌握室没有太大区别。工作人员坐席眼前都有一台电脑屏幕和鼠标键盘。再往前是一整面屏幕墙，中央能够播放核聚变装配的运行图像，两侧分屏能够显露各类数据参数。
从掌握室出来，穿过一个带有螺旋形楼梯的小隔间，经由一道薄薄的木门，就是容纳“中国环流器2号”的“车间”了。
看到这台机械第一感受是大，第二感受是乱，说它大是因为它有两层楼那么高，占地面积上百平方米。说它乱，是因为各类管路，线圈，电线，机柜环绕在它四周，布满了复杂的手艺细节。
就是这台机械，代表了人类顺服太阳力量的测验。
研究院贴心地放置了熟知环流器道理的研究生和工作人员，充任“导游”，为我们讲解并回覆现场回覆问题。
但此时我的大脑是懵的。我早就看过环流器的图片，也在电视上看过关于它的新闻，今无邪正站到它眼前，能够说近在咫尺，一时确无法体味它的意义，更无从懂得它的道理。
从能源史的角度看，面临它，相当于我们面临猿人升起的第一堆火、工业革命初期的第一台燃煤汽锅、19世纪的第一口油井……这种类比生怕还不得当，或者受控核聚变装配的科技史意义要更为奇特。上述能源都是地质年月以来贮存在地壳中的，被植物光合感化凝固的太阳核聚变能。而环流器，则进展跨过那些中央环节，直奔主题。
并且。上述原始的动力源都没有超出人的平常经验，其机理一望便知。但环流器，基本让人无从把握。
我想起赫鲁晓夫在回忆录里写到他第一次看到苏联运载火箭时的感触，“我们这些人像傻子一般，这里看看，那边摸摸，差点就用舌头去舔一舔火箭外壳的味道了”。此时，我感受本身比赫鲁晓夫还要无助。
我只能碎片式的接管：有的装配是探测核聚变释放出中子的，有的是测量磁场的，有的是为核聚变供电的，有的是进行磁场掌握的。
究竟受控核聚变不是一个自力的专业，而是一个高度综合的学科。搞激光的，有搞阀门的，有搞等离子体物理的，有搞材料的，电控的，较量机的，等等等等，太多了……没有任何一小我能把握关于它的所有常识。而这个研究院号称总师单元单子，是专门负责系统集成的。核聚变研究也是一个国度科技实力，工业实力的象征。没有必然水平，是搞不了这个的。
我只能零星引用一些它的参数，供读者认识中国环流器2号的规模。
首先它的发生的磁场比地磁场强1万倍。
其次，它发生的等离子体威力有多强？他们曾经做过等离子体导出实验：直径10厘米、厚两厘米的铜圆盘，被等离子体击中，不到一秒钟就消散了。并不是被气化了，并且是铜盘被等离子化了。
此外，上万万度甚至一亿度的等离子体温度是较量出来的，而不是测量出来的。因为没有仪器能够测量如许的高温。
通俗的燃煤汽锅运行一段时间后，需要熄火扫除炉膛，消灭里面的废渣。这台燃烧核聚变燃料的“汽锅”也是如许。科研人员会用辉光放电“扫除”真空室内部。消灭里面的杂质。
温度那么高的等离子体在运行，所有物体固态物质不是都被气化了吗？怎么还会有固体杂质呢？其实等离子体的焦点温度有上万万度甚至上亿度，然则边缘温度会被掌握得很低，只有上千度。不然真空腔内壁也会被熔化。内壁是碳构造，碳耐高温，但活性炭也擅长吸附杂质，所以会有等离子体与内壁感化生成的杂质附着在上面，影响实验精度，需要消灭。要知道，一丁点杂质就会发生雪崩效应，使得等离子体形态与活动体式发生猛烈转变，究竟就是高速粒子轰击到内壁，损坏真空腔。
这么复杂的装配，必然做过好多次核聚变实验吧？
是的，从2003年至2019年，该装配共放电33,000次。听起来好多。但每次放电平均时长只有两秒钟。所以，16年来实验总时长还不到24小时（86,400秒）。真正的发电厂可是要24小时不中止运行的。
但就是这戋戋两秒钟实验，每次就得花10万人民币的经费。
如许简洁算下来，十六年来的实验经费也许是33亿元。而ITER立项时预估的成本是100亿欧元。
参观时，该装配天然没有运行，所以我好奇地问工作人员，装配运行时的感官体验是什么样的？
他说，从视觉上来看，只能用摄像头瞄准真空腔上开的玻璃小窗口，从屏幕上看到里面的情形——红色的火焰——并不感受温度有多高。
至于振动？并没有。但因为实验时磁场启动，并且等离子体高速运行时也会发生电磁场，所以这些金属设备里面会发生涡电流，被这些磁场吸引，金属会发生伟大的扭力，但这些力肉眼是看不到的。是以核聚变装配对于材料学的要求是非常高的。
至于听觉嘛，基本听不到任何声音。因为等离子体的密度实在太低了，有多低呢？相当于我们四周空气密度的10的-10次方分之一，也就是100亿分之一。这么低密度的等离子体是无法传递人耳可判袂的声音的。
所以让我们设想一下这个装配启动时的模样：只有一个小窗透出微弱的明灭的红色火光，周围静沉寂的，只有电机的声音和一些电气设备电扇的嗡嗡声。但你若懂它的工作道理，你会知道所有的金属都在绞着劲儿，紧绷着，抗击着伟大的磁力。恰是这磁力约束着高温的、发生核聚变回响的等离子体。
讲解的小伙子是核西物院的博士生，我们能够把他和他的同事、先生看作是将来的普罗米修斯——把恒星之火安然带到地球的人。
这个情况里蕴含的信息量太大，通俗人脑是无法在这么短时间记住这么多器材的。人的脑筋和体力都有极限。余生也有涯，而知也无涯。但恰是这种存在极限的人结合起来，能够完成如许伟大的科学工程，其复杂水平超出了任何人类个别的熟悉能力。
我们只在这里停留半天，仓促过客。研究院的科研人员从博士卒业算起，至少要在这里工作三十年，还纷歧定看到可控核聚变商用发电成功的究竟。在中国环流器2号眼前，我们是小过客，他们是大过客。在已经靠核聚变燃烧了五十亿年的太阳眼前，人类更是仓促过客。
但人类能够代代接力，“子子孙孙无限匮也”，把天火永远留在大地上。
研究院的那些老员工也切实是如许想，也是如许做的。他们相信，这是一项对全人类都有益的事业，并且科学研究的过程络续有新的发现，布满情趣。他们甘心把本身的年光抛洒在这个貌似看不到成功曙光的高尚事业上。
自古以来，试图接近太阳的人似乎终局都不是很美妙：夸父每日，最后饥渴而死；伊卡洛斯和代达罗斯飞向太阳，用蜡粘合的同党却被阳光熔化，坠海而死。但他们的英名都永传后世，成为人们追求进展、力争掌控手艺的象征。
奥斯特洛夫斯基有句名言：“一小我的平生应该如许渡过，当他回首旧事的时候，不会因为无所作为而惭愧，也不会因为虚度岁月而痛恨，如许，在临死的时候，他可以说，我的整个生命和悉数精神都已献给世界上最壮美的事业——为人类的解放而斗争。”
为人类追求永不枯竭的洁净、平安能源，不就是人类的解放而斗争吗？这时我懂得了，为什么那些老专家谈到可控核聚变的研究事业是长跑，是接力跑，而不是短跑。这需要一代又一代有志于此的人接力奋斗。
从这个意义上来说，固然今朝这些环绕在人造太阳四周的科学家仍悄然无闻，有的还贡献了悉数芳华，然则当人造太阳实现应用的那一刻，他们的英名将永远载入科技汗青的殿堂中，与夸父和代达罗斯并列。
最后，回到我作为策展人的本行，这个装配核能若何施展丝绸之路精神？仅是这个研究院，每年都有100多人次赴美、日、欧进行学术交流。该院的学术水平，已经从在国际上跟跑、并跑，逐渐向领跑过渡，在某些方面已经达到国际领先地位。显然，没有国际合作、单靠一个国度单打独斗，形不成合力，受控核聚变发电的实现还要推迟好多年。只有秉承“开放包涵、互学互鉴”的丝路精神，这一天才能早日到来。
（以上记录仅凭小我记忆，或者存在记忆误差及懂得错误，文中显现的一切错误由本人负责。）
