一颗新星即将诞生,这是一颗与众不同的星,一颗人造星,人们把它称为"ITER"。ITER是国际热核聚变实验堆的缩写,拉丁语中"路"的意思,ITER将会在未来十年内实现点火。从科学与技术的角度来看,这会是人类史上最伟大的成就之一。人造星的诞生及其产生的巨大能量将彻底改变人类文明进程。 ITER计划是一个聚集了中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方的财力与科技资源,耗资数十亿欧元的国际科技合作项目,同时也是60年聚变研究历程和数十年外交谈判的结晶。它曾是三代物理学家的梦想,而现在则是数百位在法国南部(ITER场址所在地)的科学家、工程师及普通劳动者孜孜以求的现实。
ITER反应堆是一个托卡马克装置,托卡马克这个名字来源于环形容器和电磁线圈的俄语首字母。20世纪60年代,许多国家正在各种不同的系统上进行实验以重现太阳和其它恒星核芯的核反应,前苏联的科学家在此期间发明了托卡马克装置。 托卡马克装置类似于恒星,被设计应用于实现质量较小的原子聚合形成质量较大的原子,该过程会有质量的损失。根据爱因斯坦质能方程,聚变过程所产生的微量质量变化可转化成巨大的能量,如"燃烧"一克聚变燃料(氢的同位素:氚,氘)和燃烧8吨石油所产生的能量相当。 ITER是目前世界上在建的最大、最复杂的托卡马克装置。它以全球聚变研究所积累的经验为设计基础,其目的在于探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性。 ITER将是第一个实现净能量产出的托卡马克装置——产出能量十倍于输入能量(至关重要但尚未实现的参数),将成为迈向聚变能发电工业化与商业化应用的重要一步。面对全球不断增长的用电量需求(2050年全球用电量将会超过现在的两倍),聚变能作为一种安全、环境友好(不释放温室效应气体,不产生高放射性和长周期核废料)、燃料易获取并供应充足的清洁能源,将可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。 1985年,前苏联总书记戈尔巴乔夫和美国前总统里根在日内瓦峰会上共同倡议启动ITER计划,为开发聚变能(一种取之不尽,用之不竭的能源)造福全人类而做出努力。 国际争端常起因于对能源控制权的争夺,因此,ITER计划也可理解为实现人类和平发展的项目。 ITER计划早期成员方为欧盟(欧洲原子能共同体)、日本、前苏联与美国。中国和韩国于2003年加入,随后印度也于2005年加入了该计划。ITER组织正式成立于2007年10月,类似于欧洲核子研究中心和欧洲航天局,为政府间国际组织且具有国际法主体资格。 经过20余年的努力设计,最终从科学、技术及投资经费各方面均获得ITER计划各成员方的一致认可,2001年7月完成ITER《工程设计最终报告》。而于2001年夏天开始的ITER选址工作,也在历经了四年多的谈判后得以确定。 2005年6月8日,ITER计划各成员方一致同意通过欧洲的提案,将ITER装置建立在法国南部的卡达哈什,总面积达180公顷,毗邻法国最大的核能研究中心——位于杜朗兹河谷,马赛以北约75公里处的CEA-卡达哈什。 ITER场址的准备工作始于2007年1月,历经两年多为建造ITER装置整理出一个总面积达42公顷的平台,因此ITER装置的建造工作真正始于2010年夏天。 四年后,在用以建造ITER托卡马克装置大楼及其主要辅助建筑的抗震坑中(深×长×宽:17m×90m×130m),第二层地基重达4千吨的钢筋正在安装,厚达1.5m的钢筋混泥土地板将承载36万吨的重量,甚至超过了帝国大厦的重量。 在平台的其他区域,新的建筑正在不断落成,而另外一部分建筑正在等待工装,最终整个平台将由39座建筑组成,包括装配大厅、杜瓦车间、线圈绕制车间等。 位于ITER场址的紧凑工作活动只是ITER计划整体项目进程中的一方面,与此同时,ITER计划也在全球成员方的工厂中不断推进。 建立于ITER计划初期的实物采购系统是该计划独特的一面。ITER计划各成员方(中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯及美国)不仅要向ITER组织提供现金贡献,还需向其它提供实物贡献(机械部件与场址建筑)。 实物贡献制度虽然为整个项目的管理和实现带来了相当大的复杂性,但是实物采购的过程是ITER成立理念的核心。ITER计划各成员方通过参与ITER的建造活动,为未来实现聚变堆的商业化应用打下技术和工业基础。 ITER计划各成员方已经启动了下一阶段核聚变装置的初步研究,这就是所谓的聚变示范电站(以下简称DEMO),它将是一种稳态运行的托卡马克装置,有的人认为它是一个工业化应用原型堆,有的人则认为它是聚变转入实现工业化应用前的一个示范堆型。所有人都不清楚DEMO项目会是一个类似于ITER的国际科技合作项目,还是国家风险投资的产物。 什么时候全人类才能受益于核聚变产生的大量电能?ITER和DEMO的建立表明了推动聚变产业发展的决定是从政治的角度出发。作为聚变研究的重要人物,俄罗斯物理学家勒夫·阿勒西莫维奇(1909-1973)曾这样说到:"当社会需要聚变的时候,聚变就是可实现的。"在全球用电量需求呈指数上升,化石燃料枯竭,气候变化加剧以及传统核能的可接受性问题等背景下,聚变能将在本世纪中后期成为可望满足大量需求的能源。 为了实现聚变能的民用,来自35个不同国家的ITER工作人员聚集在位于普罗旺斯中心的圣宝莱·杜朗兹附近这片阳光普照的土地上。在这片美丽的大地上,他们为了实现人类永恒的梦想而不懈努力:捕捉太阳之火,使之成为人类未来几千年取之不尽、用之不竭的能源。 |
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