昨天是4月22日，世界地球日。在這個特別的日子，我受邀來到位於成都的中核集團西南物理研究院，參觀著名的“
中國環流器2號”。據說這個裝置的最大意義就是可以保護地球。為什麼這麼說？容我慢慢道來。核聚變，顧名思義，就是要利用原子核聚變反應產生的能量。人類最早發現的核聚變反應是太陽內的核反應。最著名的人工核聚變反應就是氫彈爆炸。而這個研究院科研人員的目標，是把來自太陽的能量和蘊藏在氫彈中的巨大能量，緩慢、安全地釋放出來。
這話說起來容易，實踐起來談何容易，太陽是一顆中等質量的恆星，質量相當於地球的N倍，其內部可以達到1500萬度的高溫和N個大氣壓的高壓，所以能夠產生可持續的核反應。而氫彈，其爆炸機理乾脆就是用原子彈當引信利用原子彈核裂變反應產生的高溫高壓引發核原料產生聚變反應。
受控核聚變反應則是用慣性或者是磁約束的方式將核聚變材料聚合在一起，使之發生人類可以控制的、安全的、緩慢的核反應。並且，從中獲得的熱量可以轉化為機械能，進而轉化為電能。以替代目前廣為使用的化石能源。
由於受控核聚變裝置的基本物理原理與太陽內部核反應的機理相仿，所以這種裝置被形象地稱為“人造太陽” 。
作為科普作家與科普展覽策展人，我受國資委新聞中心邀請，考察高科技國企，看看哪些技術可轉化為科技館展覽展品。
核能、核動力與人類未來，是我此行考察的重點。海報中間那個人是我。
我正在策劃著一個以絲綢之路主題的科普展覽，也希望在這些高科技企業中獲得靈感。
作為一個科技愛好者，我當然聽說過“受控核聚變發電，永遠的50年後”的魔咒。這個魔咒說的是，自20世紀50年代受控核聚變原理提出以來，每逢有媒體問到相關專家何時才能實現發電時，專家總說50年後，一個10年又一個10年過去了，直到20世紀末答案仍是這樣。
為何會出現受控核聚變發電“永遠的五十年後”魔咒？如何打破這個魔咒？
帶著這個問題，我請教了研究院的劉院長。他誠懇地說，的確有這個問題，受控核聚變太難了。
研究過程中遇到會遇到許多預想不到的困難，充滿不確定性，但挑戰與機遇並存。在遇到預想不到的困難的同時，往往也會出現預想不到的發現與進展，這也是研究的樂趣所在，現在看來經過全世界幾代研究者的不懈努力，看到受控核聚變發電的前景，不會再用50年了，也許再用30年就可以實現了。現在各國已經聯合起來進行技術突破——2006年，中國，歐盟，印度，日本，韓國，俄羅斯和美國七方，正式聯合實施國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，該計劃是世界上僅次於國際空間站的又一個大科學工程。ITER託卡馬克裝置的體積接近天壇祈年殿的尺寸，高30米，直徑28米，重達1萬噸。
核聚變這麼難，但是它的好處也是顯而易見的，比如安全性高，廢料處理，成本低，原料容易獲得等等。核聚變的燃料，氫的同位素氘在海水中儲量極為豐富，從一升海水中提出的氘，在完全的聚變反應中可釋放相當於燃燒300升汽油的能量。氘氚反應的產物沒有放射性。核聚變反應堆也不會產生汙染環境的硫、氮氧化物，更不會釋放溫室效應氣體，而且核聚變反應堆只要停電，就自動停止運行。可以說它是一種無汙染，無核廢料，資源近乎無限的理想能源。受控核聚變發電的實現將從根本上解決人類的能源問題。
從20世紀40年代末開始，世界各科技強國就開發了多種方式，研究核聚變等離子體的約束方法，研究經費投入每年都超過10億美元。在這個過程中，人們對實現可控核聚變難度的認識也逐步加深，從20世紀70年代開始，託卡馬克這種途徑逐漸顯出其獨特的優越性，並在80年代，成為受控核聚變研究的主流途徑。
託卡馬克是tokamak的俄文縮寫，是指環形磁約束受控核聚變實驗裝置，所以中文又稱環流器，它是由一個環形封閉磁場組成的磁籠子，高溫高壓的等離子體就被約束在這個磁場構成的無形籠子裡，這個磁籠的外形很像一箇中空的救生圈，等離子體環中能產生一個很大的環電流。經過近半個世紀的努力，託卡馬克已經顯示出光明的前景，等離子體約束獲得明顯效果，溫度達到上億度。而產生核聚變能量的科學可行性已經被證實了，但是相關的成果都是以短脈衝的形式產生的，與實際反應堆連續運行還有很大的距離，而且核聚變反應能否自持仍然需要實驗驗證，所謂自持就是它發出的能量，可以供應它自身運行所需的能量。
我問劉院長的第二個問題是，我看到有些文章寫到，託卡馬克研究進展這麼慢，原因在於有可能它並不是最優的受控核聚變裝置構型，也許現在各國都對託卡馬克產生了技術的路徑依賴，而真正適合受控核聚變的技術構型人類還沒有探索出來。
對此，劉院長回答說，的確有這種可能，而且包括中國在內的研究核聚變的主要國家也的確都在分出一部分精力在研究其他構型的核聚變裝置。目前僅次於託卡馬克的裝置叫做仿星器。德國就用一半的核聚變研究經費來研究仿星器構型，這種裝置相當於託卡馬克的升級版。不過國際學術界公認的是，雖然託卡馬克進展沒有那麼快，但仍是目前最有希望成功的可控核聚變裝置。
聊了這麼多背景知識，終於到了期待已久的實地參觀環節了。沒想到核聚變裝置及其控制室，與會議室在同一座大樓內。並不像有些科幻片所描述的那樣，會藏在深深的地下或堅固的堡壘中。首先看到的是控制室，它與小型的航天發射場控制室沒有太大區別。工作人員坐席面前都有一臺電腦屏幕和鼠標鍵盤。再往前是一整面屏幕牆，中間可以播放核聚變裝置的運行圖像，兩側分屏可以顯示各種數據參數。
從控制室出來，穿過一個帶有螺旋形樓梯的小隔間，通過一道薄薄的木門，就是容納“中國環流器2號”的“車間”了。
看到這臺機器第一感覺是大，第二感覺是亂，說它大是因為它有兩層樓那麼高，佔地面積上百平方米。說它亂，是因為各種管路，線圈，電線，機櫃圍繞在它周圍，充滿了複雜的技術細節。
就是這臺機器，代表了人類馴服太陽力量的嘗試。
研究院貼心地安排了熟知環流器原理的研究生和工作人員，充當“導遊”，為我們講解並現場回答問題。
但此時我的大腦是懵的。我早就看過環流器的圖片，也在電視上看過關於它的新聞，今天真正站到它面前，可以說近在咫尺，一時卻無法體會它的意義，更無從理解它的原理。
從能源史的角度看，面對它，相當於我們面對猿人升起的第一堆火、工業革命初期的第一臺燃煤鍋爐、19世紀的第一口油井……這種類比恐怕還不恰當，可能受控核聚變裝置的科技史意義要更為獨特。上述能源都是地質年代以來貯存在地殼中的，被植物光合作用凝固的太陽核聚變能。而環流器，則希望跨過那些中間環節，直奔主題。
而且，上述原始的動力源都沒有超出人的日常經驗，其機理一望便知。但環流器，根本讓人無從把握。
我想起赫魯曉夫在回憶錄裡寫到他第一次看到蘇聯運載火箭時的感受，“我們這些人像傻子一樣，這裡看看，那裡摸摸，差點就用舌頭去舔一舔火箭外殼的味道了”。此時，我感覺自己比赫魯曉夫還要無助。
我只能碎片式的接受：有的裝置是探測核聚變釋放出中子的，有的是測量磁場的，有的是為核聚變供電的，有的是進行磁場控制的。
畢竟受控核聚變不是一個獨立的專業，而是一個高度綜合的學科。搞激光的，有搞閥門的，有搞等離子體物理的，有搞材料的，電控的，計算機的，等等等等，太多了……沒有任何一個人能掌握關於它的所有知識。而這個研究院號稱總師單位，是專門負責系統集成的。核聚變研究也是一個國家科技實力，工業實力的象徵。沒有一定水平，是搞不了這個的。
我只能零星引用一些它的參數，供讀者瞭解中國環流器2號的規模。
首先它的產生的磁場比地磁場強1萬倍。
其次，它產生的等離子體威力有多強？他們曾經做過等離子體導出實驗：直徑10釐米、厚兩釐米的銅圓盤，被等離子體擊中，不到一秒鐘就消失了。並不是被氣化了，而且是銅盤被等離子化了。
另外，上千萬度乃至一億度的等離子體溫度是計算出來的，而不是測量出來的。因為沒有儀器可以測量這樣的高溫。
普通的燃煤鍋爐運行一段時間後，需要熄火打掃爐膛，清除裡面的廢渣。這臺燃燒核聚變燃料的“鍋爐”也是這樣。科研人員會用輝光放電“打掃”真空室內部。清除裡面的雜質。
溫度那麼高的等離子體在運行，所有物體固態物質不是都被氣化了嗎？怎麼還會有固體雜質呢？其實等離子體的核心溫度有上千萬度乃至上億度，但是邊緣溫度會被控制得很低，只有上千度。否則真空腔內壁也會被熔化。內壁是碳結構，碳耐高溫，但活性炭也善於吸附雜質，所以會有等離子體與內壁作用生成的雜質附著在上面，影響實驗精度，需要清除。要知道，一丁點雜質就會產生雪崩效應，使得等離子體形態與運動方式發生劇烈變化，結果就是高速粒子轟擊到內壁，破壞真空腔。
這麼複雜的裝置，一定做過很多次核聚變實驗吧？
是的，從2003年至2019年，該裝置共放電33,000次。聽起來很多。但每次放電平均時長只有兩秒鐘。所以，16年來實驗總時長還不到24小時（86,400秒）。真正的發電廠可是要24小時不間斷運行的。
但就是這區區兩秒鐘實驗，每次就得花10萬人民幣的經費。
這樣簡單算下來，十六年來的實驗經費大概是33億元。而ITER立項時預估的成本是100億歐元。
參觀時，該裝置自然沒有運行，所以我好奇地問工作人員，裝置運行時的感官體驗是什麼樣的？
他說，從視覺上來看，只能用攝像頭對準真空腔上開的玻璃小窗口，從屏幕上看到裡面的情況——紅色的火焰——並不感覺溫度有多高。
至於振動？並沒有。但由於實驗時磁場啟動，而且等離子體高速運行時也會產生電磁場，所以這些金屬設備裡面會產生渦電流，被這些磁場吸引，金屬會產生巨大的扭力，但這些力肉眼是看不到的。因此核聚變裝置對於材料學的要求是非常高的。
至於聽覺嘛，根本聽不到任何聲音。因為等離子體的密度實在太低了，有多低呢？相當於我們周圍空氣密度的10的-10次方分之一，也就是100億分之一。這麼低密度的等離子體是無法傳遞人耳可辨別的聲音的。
所以讓我們設想一下這個裝置啟動時的樣子：只有一個小窗透出微弱的閃動的紅色火光，四周靜悄悄的，只有電機的聲音和一些電氣設備風扇的嗡嗡聲。但你若懂它的工作原理，你會知道所有的金屬都在絞著勁兒，緊繃著，抵抗著巨大的磁力。正是這磁力約束著高溫的、產生核聚變反應的等離子體。
講解的小夥子是核西物院的博士生，我們可以把他和他的同事、老師看作是未來的普羅米修斯——把恆星之火平安帶到地球的人。
這個環境裡蘊含的信息量太大，普通人腦是無法在這麼短時間記住這麼多東西的。人的思維和體力都有極限。餘生也有涯，而知也無涯。但正是這種存在極限的人聯合起來，可以完成這樣巨大的科學工程，其複雜程度超出了任何人類個體的認識能力。
我們只在這裡停留半天，匆匆過客。研究院的科研人員從博士畢業算起，至少要在這裡工作三十年，還不一定看到可控核聚變商用發電成功的結果。在中國環流器2號面前，我們是小過客，他們是大過客。在已經靠核聚變燃燒了五十億年的太陽面前，人類更是匆匆過客。
但人類可以代代接力，“子子孫孫無窮匱也”，把天火永遠留在大地上。
研究院的那些老員工也的確是這樣想，也是這樣做的。他們相信，這是一項對全人類都有益的事業，而且科學研究的過程不斷有新的發現，充滿樂趣。他們甘願把自己的韶華拋灑在這個貌似看不到成功曙光的崇高事業上。
自古以來，試圖靠近太陽的人好像結局都不是很美妙：夸父逐日，最後飢渴而死；伊卡洛斯和代達羅斯飛向太陽，用蠟粘合的翅膀卻被陽光熔化，墜海而死。但他們的英名都永傳後世，成為人們追求希望、力圖掌控技術的象徵。
奧斯特洛夫斯基有句名言：“一個人的一生應該這樣度過，當他回首往事的時候，不會因為碌碌無為而羞愧，也不會因為虛度光陰而悔恨，這樣，在臨死的時候，他能夠說，我的整個生命和全部精力都已獻給世界上最壯麗的事業——為人類的解放而鬥爭。”
為人類尋求永不枯竭的清潔、安全能源，不就是人類的解放而鬥爭嗎？這時我理解了，為什麼那些老專家談到可控核聚變的研究事業是長跑，是接力跑，而不是短跑。這需要一代又一代有志於此的人接力奮鬥。
從這個意義上來說，雖然目前這些圍繞在人造太陽周圍的科學家仍默默無聞，有的還奉獻了全部青春，但是當人造太陽實現應用的那一刻，他們的英名將永遠載入科技歷史的殿堂中，與夸父和代達羅斯並列。
最後，回到我作為策展人的本行，這個裝置核能如何體現絲綢之路精神？僅是這個研究院，每年都有100多人次赴美、日、歐進行學術交流。該院的學術水平，已經從在國際上跟跑、並跑，逐漸向領跑過渡，在某些方面已經達到國際領先地位。顯然，沒有國際合作、單靠一個國家單打獨鬥，形不成合力，受控核聚變發電的實現還要推遲很多年。只有秉承“開放包容、互學互鑑”的絲路精神，這一天才能早日到來。
（以上記錄僅憑個人記憶，可能存在記憶偏差及理解錯誤，文中出現的一切錯誤由本人負責。）
作者名片
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