核聚变能:造福人类的曙光

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　　核聚变能为人类广泛造福的时代来临，最快也要到21世纪中叶左右

　　文/《瞭望》新闻周刊记者 蔡 敏 程士华
     （中国）《瞭望新闻周刊》　(2006-11-01)

　　由我国自主设计、自主建造的世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置EAST（俗称“人造太阳”），日前在合肥首次成功放电。这意味着人类在核聚变能研究利用领域取得重大进步。接受《望》新闻周刊采访的专家介绍说，安全、清洁、无限的核聚变能，对于解决日益凸显的能源危机具有重要的战略意义，但从目前看，由于技术、资金、人才等困难，投入商业运行仍有较长过程。

　　未来的最佳战略能源选择

　　中科院等离子体所所长李建刚研究员介绍，石油、煤和天然气等矿物能源的消耗，不仅造成各种污染和“温室效应”，而且都相继面临资源枯竭。从长远看，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。而核能分为核裂变能和核聚变能，核裂变能已经为人类所用，但核裂变的原料之一铀储量有限，裂变产生的核废料还会成为长期放射性污染源。

　　专家介绍说，人们认识热核聚变能是从氢弹爆炸开始的。氢弹爆炸时释放出极大的能量，给人类带来的是灾难。科学家们希望发明一种装置，可以有效地控制“氢弹爆炸”过程，让能量持续稳定地输出。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被称为“人造太阳”。

　　EAST大科学工程总负责人万元熙研究员说，核聚变能不产生废料，辐射也少得多，且由于原料取之于海水，每1升海水中所蕴含的氘如果提取出来，发生完全的聚变反应，能释放相当于300升汽油的能量。如此，未来稳态运行的热核聚变反应堆投入商业运行后，能提供无限的、洁净的、安全的能源，将使人类未来数亿年甚至数十亿年的能源问题得到彻底解决。

　　但工程难度太大、耗资巨大。发达国家于20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（ITER）计划，旨在通过国际合作研究建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆。中国于2003年加入ITER计划。位于合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。

　　万元熙研究员指出，各国可以合作研究建造ITER，但一旦核聚变发电站成为可能，每个国家都会从自己的利益出发，尽力封锁科研秘密，各建各的电站。“人无远虑，必有近忧”，尽管现在看起来核聚能商业运用还相当遥远，但我国应尽早准备，掌握其中的关键技术，“因为这是人类实现可持续发展别无选择的最佳战略能源。”

　　自主研发的“四个世界之最”

　　9月28日，由中科院等离子体所自主设计、自主建造的EAST试验成功，获得了电流240千安、时间2.7秒的高温等离子体放电。李建刚所长介绍说，历经8年、耗资2亿元人民币建成的EAST与国际上同类实验装置相比，是使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、投入运行后最快获得首次等离子体的先进全超导托卡马克核聚变实验装置。印度的托卡马克核聚变实验装置已经花去10年时间，但仍然没有正式投入运行；韩国全超导托卡马克核聚变实验装置已耗费5亿美元，还尚未建成；美国的同尺寸装置也投入了7000万美元，仅进行了部件的预制研究，装置没有建造。

　　参与EAST研究合作的美国通用原子能公司核能专家盖瑞杰克逊博士告诉记者，作为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，EAST在未来10年内将保持世界先进水平。

　　记者在实验控制室看到，这个近似圆柱形的大型物体由特种无磁不锈钢建成，高约12米、直径约8米，据介绍其总重量达400多吨。

　　李建刚所长介绍，在EAST科研过程中，我国科学家靠自身能力解决了大型超导磁体研制等许多重大科学技术难题，获得了一系列具有自主知识产权的高新技术。EAST比国际热核聚变实验堆ITER在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的，而EAST至少比ITER早投入实验运行10～15年。

　　因此，无论从人才培养和奠定工程技术及物理基础的角度上说，EAST都将为ITER计划做出重要的、实质性的贡献，进而为人类开发和最终使用核聚变能做出重要贡献。

　　资金、技术、人才三大难题

　　万元熙预测，核聚变能投入商业运行最快也要30～50年时间。他说，ITER即使能够在2006年开始建设，大约需要10年的时间才能建成，然后是核聚变示范堆的建设和试运行，大概还需要20年的时间。如此算来，核聚变能为人类广泛造福的时代来临，最快也要在21世纪中叶左右。

　　至于我国相关研究目前面临的困难，万元熙说，首先是资金。一个大型科研项目分为预研、建造、运行等几大部分。EAST的建造国家给了1.65亿元人民币，大致相当于国外同类装置建设经费的1/15；财政部提供运行费，但目前还正在落实过程之中；至于EAST的预研费和建成后在其上进行各种科学研究的专项经费，尚无稳定渠道的支持。

　　EAST装置每天水、电、液氮、液氦等最基本的耗费为15万元，还不包括材料损耗更换费、人工成本费、研发费用等。目前申请的3000万元运行经费，正在落实过程中。即使全额拨付，也只能保证EAST每年运行2轮，共4个月时间。这对尽快在一个先进实验装置上获得更多科研成果显然有很大影响。

　　其次是有关工程技术的同步发展问题。例如，何种材料制成的器皿能够长时间承受高通量聚变中子的辐照，是未来聚变堆的一个主要工程技术难题。此外，如何维持等离子体长时间持续稳态的放电也仍待攻克。

　　第三是人才问题。聚变能的开发研究正处在一个非常关键的时刻。一方面，目前国内外核聚变研究的规模正在迅速扩大，人才需求量不断增长。另一方面，若进入反应堆建设阶段，研究规模和人才需求量将更加巨大。而我国目前只有两三所大学培养核物理、等离子体物理专业的人才，即使有这个专业的学校因为重视不够，课程也偏离了与核聚变直接相关的高温等离子体方向。无论从现在的研究，还是将来的运行看，人才明显不足。

　　万元熙说，与其他大科学工程相比，核聚变能研究不涉及政治、军事等敏感领域；它不能给科学家带来诺贝尔奖的荣誉光环，因为核聚变反应原理在数百年前都已经被发现了；它也不是在一两年内就能看到成果的研究，要三五十年的时间才能投入商业使用，但三五十年对整个人类文明来说是很短暂的，其价值却是无法估量的。

　　因此，建议将EAST和核聚变能的研发与从事基础研究的一般大科学工程区别开来，纳入国家长远规划，其立项、建造、运行以及后续科研工作，国家应设立专项经费予以支持和管理。教育部门也应在优秀大学中有选择地开设相关专业，储备人才。