不可能的可能

人造核星

从美国国家点火装置实验室的第三层由外往内看，世界上最大的激光阵列就像世 界上最大的管道工程一样，一排又一排直径约0.4 米的管道整齐排列在一个空间里， 就像烟盒中整齐排放的烟卷一样——区别只是这个盒子有三个足球场那么大。狭 小的通道密集排满了数公里长的电缆，从空间的中心穿过，大金属导管呈蛇形沿着 墙从头顶穿过。这些叫做束射管的管道里装着的不是水或气体，而是192 根分离的激光束，它们在其中来回穿梭。当这 些光束穿出这个空间，它们的能量就会 放大千的五次方倍，然后一同聚合在一 个橡皮大小的目标上，引起强劲的脉冲。 工作人员告诉我，在这短暂的10 亿分 之20 秒内，氢原子会以强大的动力相互碰撞，最终产生一个核星。 听起来令人印象深刻，当然了，看上去也 是如此！但是人们早在50 多年前就开 始期待能用上聚变核能了。如果聚变核 能真的像它的支持者说的那样，这就能 够在未来的几百年中为人类提供足够的 清洁能源。实现这种期待首先遇到的障 碍就是其最小的成分，即燃料：氢的同 位素，比如氘和氚，不管人们加多少热， 投入多少资金和精力，他们都很难实现 碰撞。

但是去年秋天，设在加利福尼亚州洛伦 兹· 利佛莫尔国家研究所的国家点火装置实验室的物理学家们通过精心设计， 运用大量激光，取得了重大进步。他们 在这座价值35 亿美金的点火装置反应 舱中燃烧了121千焦的紫外线，使得氘 核和氚核融在一起，形成氦原子，同时 释放出了300 兆高能中子。尽管国家点 火装置实验室和其他实验室都曾使原子 融合，但此次成果使研究人员向解决最 终挑战（融合反应制造出比启动融合反 应更多的能量）迈近了一步。

国家点火装置的这一宏大项目并不是 唯一取得成果的实验项目，在光谱研究 领域，许多创新性研究已经开始取得先 进成果。在长达几十年的令人沮丧的漫长研究之后，这种真正的实用核聚变能 源的出现可能会成为一种介于企业注 资和国家扶植之间的“种类”。

鉴于最近在日本发生了核反应堆部分熔 毁的事件，在公众中寻求对任何一种核 能的支持变得异常艰难。并且，核聚变比 核裂变有更为重要的安全优势：在核裂 变产能过程中，原子们，如铀-235，分裂 成许多放射性元素，其中一些有极长的 半衰期。核聚变产生氦和中子，不会产生 有超长生存期的放射性垃圾。另外，聚变 不会引起失控反应，因为同位素聚合需 要稳定的能源输入；发生任何核电站故 障，反应几乎都会立即停止。从长远来看， 核聚变能量能够减轻化石燃料，如石油、 煤炭等的压力，同时跟风能、太阳能等清 洁但非持续性的能源互相补充。

在发电过程中，聚变反应产生的能量用 于驱动一个蒸汽涡轮，这跟其他发电站 的操作是一样的。区别在于聚变反应不 需要依赖大量的煤炭、铀、石油和天然 气来驱动钻机设备，维护运输管道，这 些是现存设备需要的配备。“看到那两 个水壶了吗？”国家点火装置实验室主 任爱德华·摩西指着设备中间的一处陈 列说，“这些产出的能量跟一艘大油轮 的石油产出的能量相当。”

世界上最大束激光的聚变

在国家点火装置实验室， “惯性封闭聚变” 始于一个非常小而弱的激光脉冲。脉冲 会分裂成48 束光线，并发射到前置放 大器，后者会将其能量升至数焦耳。激 光束继而分裂成192 束，被分成几个光 束线，然后进入两个反应舱。随后，这 些光束会穿过两个玻璃质地的放大器 系统，后者会将其能量升至20000 焦耳。 离开主要的射线装置后，平行的光束会 在一个十层高的“转换中心”经镜子反 射重新呈现球形排列。一个终端的光学 装置会改变射线的波长，将其由红外线 转换为紫外线，然后由一个透镜将转换好的光束集中在反应箱中间一个精确的目标上。

国家点火装置实验室的目标反应箱内有聚变所需的燃料：一 角硬币大的黄金气缸，又叫黑体辐射空腔，空腔包着由铍覆 盖的、盛有氘原子和氚原子的容器。当激光照射到黑体辐射 空腔时，它们的能量就会转化成X 光线，X 光线随即燃烧盛 有氘原子和氚原子的容器，压缩燃料，迫使其内部爆炸。

放大器系统（在激光间里可以看到）为国家点火装置提供了 99.99% 的能量。闪光灯的垂直光线激活嵌入磷酸盐玻璃板上 的钕原子，当激光束穿过玻璃板时，它们就会吸取那部分能量。

民间的力量

位于华盛顿州雷德蒙德的简陋氦能研究总部即将关闭，公司 整体搬迁到了一个毫无特征的郊区办公花园后面，办公面积比一个诊所大不了哪里去；如果你不是特意来找这个氦能研 究所的，可能根本不会注意到它。门口的服务台已经被改装成 了一个摆满了电子元件的工作台。五颜六色的电缆散乱的挂 在头顶上方，各个工作区是由煤渣砖分开来的。在一角，研究 员们讨论一个10 特兹拉的线圈，他们用这个线圈来增大反应 堆磁场的能量。科学家乔治·沃楚贝克说：“我们造了那个线圈， 你给她看了吗？”他的同事克里斯·皮随口答道，“还没有，线圈在前面的工作台上呢！”

氦能研究所是诸多开始研究核聚变产能的机构之一，其他的 机构还有如位于加利福尼亚州福特希尔兰奇的三阿尔法能量 研究所和位于不列颠哥伦比亚省温哥华的通用核聚变研究所， 它们都跟庞大的官方对手有着相同的宏伟目标：证明核聚变 能量的可行性，以重新规划全球能源蓝图。一些有远瞻性的风险投资公司为这些机构提供了资金，供他们科研使用； 拿三阿尔法研究所来说，该所已经从许多大企业（包括 高盛集团和伏尔甘投资公司）筹集了超过五千万美金。 氦能技术是由MSNW 公司耗费五百万美金研发出来的， 该公司的持有人是华盛顿大学研究副教授约翰·斯劳。 为了见识到被斯劳叫做聚变引擎的整个反应装置，我来 到了距离氦能研究所几分钟车程的一座工业建筑里拜 访他。他带我走过一个会议桌，来到了一个放满了巨型 金属机器的房间。

在这个长约7.92 米的样机里，含有氢同位素的热等离 子化气体团两个等离子体猛烈冲击彼此。两个气体团在 一个燃烧的反应箱里发生碰撞，后融为一体。环绕着反 应箱的电磁铁不断地挤压等离子体，以制造出聚变反应 所需的温度和压力条件——这是MSNW 公司2008 年取 得的里程碑式成果。斯劳，这位鬓见斑白、头发微蓬、像 极了现代版爱因斯坦的副教授说：“这项研究的目的主 要是在短时间内利用等离子团制造出比启动这种反应 所需能量更多的能量。”

管理信息服务高级能源顾问、前美国原子能委员会主任 罗伯特·希尔施认为，这些新兴公司可能会带来意向不 到的好处。由于资金限制，系统设计不得不尽量简化， 这些新兴公司最终制造出来的可能是清洁、简化而非复 杂、集成的反应器，就像国家电化装置制造的反应器那 样，但很有可能遭受各种各样的失败。希尔施说：“要 想建立一个成功的聚变反应系统，就应该把它尽量建小， 采取一种缩减的方法，这样才有可能做出一些成果。” 他们的团队答应要给我展示氦核聚变反应的实际过程。 “你可能需要保护一下耳朵。”公司主席飞利浦·华莱士 边说边递给我一副工业用的耳套。他的同事启动了装置。 当工作人员倒计时数到零时，忽然一声类似于气球爆炸 的声音响起，闪过一束粉色的光线，光线强烈的让我不 得不转身避开一会儿。华莱士冲我得意地说：“你刚刚 看到的就是核聚变反应。”

利用核聚变反应产能的想法自1952 年美国物理学家爱 德华·泰勒发明了第一个基于核聚变反应的氢弹（该氢 弹能够释放出比裂变式原子弹多几百倍的能量）以来， 就一直让科学家们对之“魂牵梦萦”（热聚变产能的方 法与臭名昭著的“冷聚变产能”方法截然不同，在后者 的实验过程中，一股电流穿过重水里的一个电极来诱导 原子核结合）。但是在最初的核聚变实验中，等离子体从反应堆禁闭区泄露的速度比科学家 们预料的要快，在聚变反应发生前就将 整个反应毁掉了。

托卡马克模式

20 世纪60 年代，苏联的科学家们试验 了一种叫做托卡马克的聚变反应装置， 使得聚变有了更好的前景。它是面包圈 形状，装置内电子发生的磁场可将等离 子体限制在一定空间内。当今的多数国 际聚变研究都遵循了托卡马克模式；实 验性的托卡马克反应堆，如英国的欧洲 核聚变联合研究计划和日本的JT-60 核 聚变装置能够帮助科学家们更好的了解 如何限制和操控聚变等离子体。在这些 资料的支持下，34 个国家共同合作建立 了世界上最大的托卡马克装置，叫做国 际热核实验反应堆，该示范项目初步预 计于2019 年在法国投入使用。

国家点火装置的科学家们采用了一种 截然不同的方法。他们不想费劲把等离 子体限制在一个磁场内，而是想要建立 一个聚变反应控制系统，这个系统在太 阳或氢弹内部发生作用，利用激光作为 反应的驱动剂——这是一项叫做惯性 约束核聚变的技术。国家点火装置的摩 西指出，项目中大型激光阵列的建构模 块已经被成功应用于其他的工业环境 中：与国家点火装置的设施类似的激光 二极管在几年前就实现了电子通讯行业 的纤维数据传递。他说：“在别人的研 究基础上趁势而上，那感觉真的不错。” 发明了脉冲触发的磁场设计后，氦能研 究小组称他们已经找到了聚变过程中隐 蔽的最有效点：一种可靠而廉价的反应 装置，该装置不需要细腻的光学元件， 也不需要复杂的等离子体限制程序。在 氦反应堆中，流入等离子体的电子流会 改变外置磁场的方向；新的封闭场能够 有效限制等离子体。华盛顿大学物理学 家理查德·梅尔罗伊说：“与托克马克反 应装置和国家点火装置相比，氦核反应 堆相对更紧凑也更廉价。公共事业公司不需要投入数十亿美金来检测第一个试验反应堆是否可用。”另外他还说，氦核 反应堆的等离子体信息区和燃烧反应舱被分离开了，这样等离子信息区内昂贵 的材料就能使用更持久。

另外，所有的聚变反应试验方法都面临着一系列科学性和实用性上的未知。核 聚变反应产生的大量中子会破坏托卡马克装置的组件，装置内部的等离子体也 有可能变得不稳定，这样就会阻碍反应发生。尽管国家点火装置通过将单独的 激光圈射入目标反应舱成功实现了部分聚变反应，但是相似的激光需要在名为 LIFE 的、劳伦斯利弗莫尔国家实验室将于21世纪20 年代设计的示范性电站里 每秒发射10 至15 次才能成功。连续发射需要配备一个高频率的激光发射器， 而这种发射器还没有发明出来，更别说测试和投入使用了。

尽管氦能实验室的反应堆比国际热核实验反应堆和国家点火装置的反应堆要简 单得多，但是它提供的能量还不足以投入使用。斯劳说，他的团队需要扩大反应 堆磁约束场的规模，提高加速率使等离子体以现在两倍的速度相互碰撞。这些 改进需要至少1500 万到2000 万的发展资金，而氦能实验室现在拿不出这笔钱。 就算资金问题解决了，也不能保证反应堆升级后会像预先设计的那样反应，或者 在较长的时间内连续反应。

华莱士在美国和欧洲各国筹集下一阶段实验所需的资金，但是各个公司似乎都没有兴趣为一个可能25 年后才开始制 造可靠能源的公司提供资金支持。他说： “人们都相信我们这个项目，但是说到 提供资金，他们还是很挣扎。我们相信 我们的项目要先进得多，但是我们也知 道离终点还很遥远。”

核聚变产能的未来路

人们关注核聚变产能的可行性却回避了 一个更关键的问题：我们是否应该不顾 一切追求核聚变产能。对每个派别来说， 都至少有一名专家认为未来聚变产能 不会带来商业利益。“一个问题被低估 了，那就是如何将聚变能量转化为可利 用电能这个挑战。”加拿大卡尔顿大学 物理学家大卫·勒布兰克说。即使聚变 反应成功了，也很难超越那个虚构的平 衡点，创造出比启动反应所需能量更多 的能量——在这个挑战被打败之前，生 产清洁聚变能源只是一项实验室里的 实验而已。

一些观察者认为，全面放弃核聚变项目 可能会让我们过得更好。自然资源保护 委员会核能项目高级研究员托马斯·科 克兰说：“这些技术太奢侈了，我们根本 承担不起。人们很难了解如何在合理的成本基础上把这些能源商业化。”另外， 现在人们已经在使用一些替代能源：风 能和太阳能技术已经得到全面发展和 应用，并且安装涡轮和发电装备所花的 钱立马就能抵消碳的排放。

即使聚变产能最虔诚的支持者也同意 （鉴于贯穿于所有核聚变方法的技术问 题和建设样机的高昂费用），聚变反应 要想被采纳还需要许多年。非营利性研 究公司聚变产能协会主席斯蒂芬·迪安 说：“长远来看，结果肯定是聚变产能的 胜利。我们只是不清楚到底还要等多久。 如果我们的项目可以像登月和原子弹爆 炸那样立竿见影的话，我们大概需要15 到20 年，但是那已经是我能想象到的 最乐观的事情了。”

其他研究者说，至少短期来看核聚变 可能会被用于处理核裂变产生的垃圾。 德克萨斯大学物理学家斯瓦迪士·马哈 詹和他的同事们发明了一种混合聚变 装置——一种裂变反应堆，该反应堆 将聚变反应产生的中子分流到靠燃烧 核垃圾产能的裂变转换区。马哈詹说“：通 过核聚变来产能必然有很长的路要走， 但是通过这个中间环节，我们可以为能源领域做出点贡献。”

国家点火装置实验室的LIFE 发电站也 将用于燃烧核垃圾；为了尽早从公共事 业中获得收益，氦能研究所也在考虑改 装其反应堆，用于燃烧核垃圾。从技术 角度来看，利用核聚变产能是很容易的， 因为没有必要超越产能量和投入能量之 间的平衡点——这还有可能帮助解决 一个人们长期以来面临的问题。桑迪亚 国家实验室的数据显示，氦能实验室计 划着的50 台核聚变引擎能够在20 年内 将全美贮存的核垃圾全部燃烧掉。

核聚变的支持者们不管该项目要走弯 路，仍然决心完成他们的首次能源探索。 摩西和华莱士都坚信核聚变能量是全 球可持续发展未来的关键组成部分。华 莱士说：“当你有机会做一些有意义的 事情时，你会不亦乐乎地投入其中的。 这不仅仅是制造出另一种装置、另一种 能源的问题。”如果他们真的实现了这 个项目，那就像是得到了看似遥不可及 的东西：比如取之不尽用之不竭的太阳 能，和一个能够转换太阳能为人类所用 的发电站，只是，现实层面的问题要远 比文字描述复杂得多。