說起核聚變，人們首先聯(lián)想到的就是地球上所有能量的來源：太陽。太陽釋放的巨大能量孕育了地球的生命，而如果太陽系中還存在或者即將存在某種生命形式，它的誕生肯定都離不開太陽。這個主要由氫氣和氦氣組成的巨大火球自身的能量來源便是氫離子的聚變反應(yīng)。然而氫核聚變所需的壓強和溫度要求太高，只存在于恒星內(nèi)部，人工無法模擬，人類只好尋找其他的聚變途徑。
按照這樣的思路，科學(xué)家便找到了利用氫的同位素氘（一個質(zhì)子、一個中子）和氚（一個質(zhì)子、兩個中子）來誘發(fā)核聚變的方法。地球海水中的氘可謂“取之不盡”，而用于生產(chǎn)氚的鋰在地球上也有比較豐富的含量。由于核聚變反應(yīng)不會產(chǎn)生任何高放射性的核廢料，在科學(xué)家心中成了最為理想的清潔能源，開發(fā)利用核聚變能也成為人類半個多世紀以來的夢想。從理論上說，氘和氚誘發(fā)核聚變的方法較簡單。只要氘和氚的距離足夠近，核聚變反應(yīng)就會發(fā)生，生成氦（兩個質(zhì)子、兩個中子）和一個中子，并釋放巨大能量。
正因為核聚變發(fā)電原理與太陽發(fā)光發(fā)熱原理一樣，核聚變反應(yīng)堆被人們形象地稱為“人造太陽”。“人造太陽”的誘惑實在太過巨大。試想如果地球上數(shù)個“小太陽”為人類供電、供熱，人們對能源短缺的擔(dān)憂還將繼續(xù)存在嗎？正是因為核聚變有如此的魅力，許多國家及國際機構(gòu)都斥巨資進行核聚變研究，其中不得不提的便是美國國家點火裝置（NIF），以及位于法國南部卡達拉什附近的國際熱核聚變實驗堆（ITER）。
NIF今年即將點火
國際上將聚變研究的發(fā)展分為6個階段：原理性研究階段規(guī)模實驗階段、點火裝置實驗階段（氘氚燃燒實驗）、反應(yīng)堆工程物理實驗階段、示范反應(yīng)堆階段、商用化反應(yīng)堆階段。而目前人類對核聚變的研究仍處于第三階段，即點火裝置實驗階段。在這一階段最具代表性的工程當數(shù)NIF。
據(jù)《科學(xué)美國人》近日報道，花費40億美元、耗時13年建造的、世界上最大也是能量最高的激光系統(tǒng)——NIF，即將在今年晚些時候啟動。今后一兩年內(nèi)，NIF的１９２束激光會聚焦在一個比胡椒粒還小的靶丸上。來自激光束的能量會擊碎靶丸的核心，在如此強大的能量下，靶丸里的氫燃料會發(fā)生聚變并釋放能量，如同一個微型氫彈。
從外觀來看，NIF非常不搶眼。它沒有窗戶，大小和停機庫差不多，噴涂有防噪音的米黃色材料，看上去和周圍市郊的辦公園區(qū)很和諧。但是跟其他大型科學(xué)工程一樣，它的地下部分令人驚嘆不已。在內(nèi)部，數(shù)十米寬的管道從遠處延伸過來，管道的另一端便是三層樓高的球形激光靶室，四周布有窗口讓激光束通過。在靶室中心，由氘和氚構(gòu)成的靶丸被放在一個看起來像鉛筆頭的巨大支架上。點火開始后，激光束會聚焦在毫米級靶點上，用強勁的激光脈沖擠壓靶丸——至少在極短的時間內(nèi)，該激光脈沖的功率會超過整個美國的電力消耗。
此類點火技術(shù)以前也曾進行或試驗，并取得過成功。但它以往存在的最大問題在于，為誘發(fā)氘氚核聚變，泵入激光器的能量要遠遠多于反應(yīng)釋放出的能量，這樣便使核聚變完全失去了它存在的意義。NIF存在的目的就是為了達到平衡收支，甚至使靶丸中心爆炸釋放的能量大于激光束注入的能量。從理論上講，多出來的能量可以收集起來用于發(fā)電。２００９年５月，當NIF建成時，它在核聚變發(fā)電方面的潛能引起了媒體的廣泛關(guān)注。托馬斯·弗里德曼在《紐約時報》上刊登的一篇題為《下一個超酷事件》的專欄文章就是一個典型例證。他在文章中寫道：“每顆聚變靶丸都會突然釋放一陣能量，可以用來加熱熔鹽，產(chǎn)生大量蒸汽，為你的家庭供電。”如果今年的氘氚聚變實驗進展順利，再過大約一年，就能達到收支平衡?！犊茖W(xué)美國人》稱，這樣的進度將比另一項核聚變工程領(lǐng)先至少１５年。
國際化的ITER
而說到世界上其他地區(qū)開始的核聚變裝置建造工程，不得不提的就是耗資140億美元，在法國南部卡達拉什附近建造的ITER。與NIF不同，ITER不依靠激光進行聚變誘導(dǎo)，而是利用超導(dǎo)磁線圈產(chǎn)生的磁場將氫的同位素約束在一起，并把它們加熱到１.５億攝氏度，比太陽表面溫度還高出２.５萬倍?？茖W(xué)家預(yù)計，該實驗獲得的能量也將超過輸入的能量，這也讓ITER有了存在價值。另外，跟NIF的激光系統(tǒng)間歇式爆炸能量不同，ITER能將等離子體約束長達數(shù)百秒，產(chǎn)生持續(xù)的聚變能量。
ITER設(shè)計總聚變功率將達到５0萬千瓦，是一個電站規(guī)模的實驗反應(yīng)堆。ITER使用的是“托卡馬克”型磁場約束法——利用巨大環(huán)形超導(dǎo)磁場，對等離子體進行加熱、約束，創(chuàng)造可以控制的產(chǎn)生聚變的物理條件。托卡馬克是俄語環(huán)向場磁體線圈的簡稱，是核聚變物理實驗裝置，其原理是利用環(huán)向磁場對等離子體進行加熱、約束，進而實現(xiàn)可控核聚變。ITER是基于托卡馬克磁約束位形的第一個將要付諸實施的熱核聚變實驗反應(yīng)堆，也是實現(xiàn)該類型聚變堆商業(yè)化應(yīng)用不可逾越的關(guān)鍵步驟。
同時，ITER也是一個不折不扣的國際化工程，成員國遍及全球。ITER計劃是１９８５年由美蘇兩國首腦倡議提出，其目的是建造聚變實驗堆，探索和平利用驟變能發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)的可行性，為實現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。ITER從１９８８年開始概念設(shè)計，直到完成《工程設(shè)計最終報告》，歷時１３年之久。2006年，中國、印度、日本、俄羅斯、韓國、美國和歐盟的代表在法國簽署“國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆（ITER）計劃聯(lián)合實施協(xié)定”，使熱核聚變實驗研究的工業(yè)化應(yīng)用成為可能。
據(jù)悉，ITER項目最大股東為歐盟，供注資４５%。ITER歐盟方面的負責(zé)機構(gòu)為“核聚變中心”（F4E）。盡管歐盟是７個成員國中資金貢獻最大的一個，但近年來歐盟卻遭到了來自其他６個成員國越來越多的批評。今年早些時候，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布２０１１年前，美國將把對ITER的資助減少４０%，至８億美元。而俄羅斯的聚變研究人員Velikhov也抱怨說“ITER項目整個進展太慢，尤其是被某些成員拖了后腿”，在他眼中“歐盟成為了ITER的軟肋”。
