漫话核聚变能（2）
胡经国
（续前）
七、核聚变能发展展望
燃烧化石燃料所造成的全球气候及其变化的社会与经济成本相当高，加之再生能源受天候影响与地理环境的限制，而且在没有价廉和大量电力的储存技术的情况下，将不大可能能供给稳定的电力，从而无法满足世界的能源需求。因此，环境友好、不受天气气候影响并具有稳定供给能力的能源，将成为主要的能源供给來源。与目前所知的所有能源相比，氘与氚核聚变产生的能源是最理想。它的发展将是长期性世界经济成长与避免环境恶化的关键。因此，核聚变能源是最友善环境的永续能源，极有可能成为人类能源的最终解决方案。
美国国家工程学会早在2008 年就发表声明称，核聚变能源研发将是21世纪14 项科技发展的重大挑战之一。
欧洲、日本、美国、俄罗斯、中国、印度与韩国等涵盖了超过世界四分之三以上人口的国家和地区，于2005 年决定合作建造下一代输出能量为输入能量的5 倍以上，电浆电流脉冲长度为500s，而且输出功率为 5 亿瓦的“国际热核聚变实验堆（ITER）”。ITER 反应器坐落在法国，计划于2020 年以前完成兴建，并且开始运转。ITER 将克服的科技挑战包含：燃烧电浆的控制及其物理机理的解读、安全与有效氚燃料的萃取以及有关材料的科学问题。ITER 将成为世界第一个产出能量远大于输入能量的核聚变实验反应堆，为建造大量生产核聚变能源的反应堆作准备，在2050 年以前，人类有可能开始使用核聚变能源。
八、核聚变能背景资料
国际热核实验反应堆（ITER）计划
国际热核实验反应堆（ITER）计划，又称为“人造太阳”计划。1985年，在美国、前苏联首脑的倡议和国际原子能机构（简称IAEA）的赞同下，重大国际科技合作计划ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor，国际热核实验反应堆）得以确立。其目标是要建造一个可自持燃烧（即“点火”）的核聚变实验堆，验证聚变反应堆的工程可行性。
ITER计划独立于IAEA之外，最初由俄、日、美、欧四方共同承建。
2003年2月，在俄罗斯圣彼得堡召开的“ITER第八次政府间谈判会”上，中国宣布作为全权独立成员加入该计划谈判。这意味着中国承诺承担ITER工程总造价46亿欧元的10%，并且享受全部知识产权。
2006年5月24日，在欧盟总部所在地布鲁塞尔，由中国、欧盟、美国、韩国、日本、俄罗斯和印度7方代表，共同草签了《成立国际组织联合实施国际热核聚变反应堆（ITER）计划的协定》。这标志着ITER计划实质上进入了正式执行阶段，也标志着中国实质上参加了这一计划。
ITER计划意义和影响十分重大
与国际空间站研究、欧洲加速器研究、人类基因组测序研究等科研项目一样，ITER计划也是一个大型的国际科技合作项目。它的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用核聚变能，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程，因此其意义和影响十分重大。
最根本的问题仍然在于绿色能源核聚变能
2015年巴黎气候变化大会帷幕落下，抵抗气候变化的协议顺利达成，近200个缔约方领着各自的任务回国。除了通过政治倡议由上而下地促使全球迈向“低温室气体排放时代”，最根本的问题仍然在于发挥科技力量找到人类可以持续利用的真正的绿色能源。核聚变能便是聚焦了科学界最多关注和厚望的新能源之一。
九、国家点火装置（NIF）
核聚变的“启动能量的来源”在核聚变中也是很重要的。自从1994年被称为“国家点火设施”的激光核聚变计划被正式签发以来，美国科学家便将希望寄托在这个“国家点火装置（NIF）”上了。
国家点火装置（NIF），位于美国加利福尼亚州劳伦斯—利弗莫尔国家实验室。有850名科学家和工程师参与该工程建设。另外大约有100名物理学家在那里进行实验设计。
国家点火装置（NIF）长215米，宽120米，大约同古罗马圆形竞技场一样大。它是目前世界上最大和最复杂的“激光光学系统”。它将模拟同太阳和其他恒星内部相似的条件，使氢原子核发生聚变形成氦核，并且释放出能量。其目的是成为第一个突破平衡点的设施，即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量，从而在实验室条件下实现人类历史上的第一次“核聚变点火”。
“NIF注入激光系统”，由主振室、预放模块、输入探测包和预放光束传输系统四部分构成，负责产生全系统的“种子脉冲”，经过时间和空间整形、位相调制、放大和分束以后，实现焦耳级输出。它将192条激光束集中于一个花生米大小的、装有重氢燃料的目标上。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的“脉冲紫外光”——这些能量是美国所有电站产生的电能的500倍还要多。当这些脉冲撞击到目标反应室上时，它们将产生“X光”。这些“X光”会集中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个“塑料封壳”上。NIF研究人员估计，“X光”将把燃料加热到一亿摄氏度，并且施加足够的压力，使重氢核发生聚变反应，其释放的能量将是输入能量的15倍还要多。
国家点火装置已经基本上完成了其建设工作，它将于2009年3月竣工。届时，研究人员将开始准备“为聚变点火”；其第一次实现暂定于2010年进行，核聚变实验定于2011年进行。其调试工作包括进行一系列优化和测试实验，以获取“点火实验”所必需的“关键激光参数”和“点火靶参数”。这些调试工作将在第一次“点火打靶”前完成。点火实验对“靶工作性能”的要求主要体现在：力能学性能、对称性，激波时序以及靶丸流体动力学。研究人员推测，一旦核聚变实验成功，我们将有可能在2020年建成第一座核聚变发电厂，而在那不久以后，其会很快实现商业化。在那一天，科学家们这几十年来追寻的梦想，终将成为现实。
十、中国可控核聚变实验装置“环流器二号”
中国成都核工业西南物理研究院在受控核聚变实验装置——“中国环流器二号A装置”上，首次实现了“偏滤器位形下高约束模式运行”。有关专家指出，这是中国“磁约束聚变实验”研究史上具有里程碑意义的重大进展，标志着中国“磁约束聚变能源”开发研究综合实力与水平得到了极大提高。欧洲物理学会主席瓦格纳等国际著名聚变专家在闻讯以后，纷纷向中国科学家表示祝贺。
“磁约束核聚变”是利用强磁场约束高温高密度等离子体，从而产生可以控制的核聚变反应。按照普通的“低约束模式”运行，其装置规模极为庞大，加热及控制技术难度极高，建造及运行成本极为昂贵。“高约束模式”是实现聚变能源开发的关键一步，一直是核聚变科学领域的前沿研究难题。正在规划建设中的国际大科学工程――“国际热核聚变实验堆（ITER）”将采用“高约束模式”运行。国际上只有美国、日本、欧洲的一些装置能实现“高约束模式”运行。
实现“高约束模式”运行，需要包括加热、控制（包括位形、密度、杂质、再循环控制的改善）、电源、器壁处理、偏滤器抽气及诊断等能力同时达到较高水平。
中国科学家致力于实现“高约束模式”的研究，进行了大量艰苦细致的工作。在国家有关部委的支持下，核工业西南物理研究院坚持自主创新，在中国“环流器二号”装置上完善了实验条件，进一步提高了装置性能。继2003年实现“偏滤器位形放电”以后，又瞄准聚变前沿领域，自主研制了中国国内输出功率最大的“中性束和电子回旋加热系统”，在中国“环流器二号A装置”上首次实现了“高约束模式”运行。
核物理学家、中国科学院资深院士李正武表示，实现“高约束模式”运行为开展国际核聚变界热点问题的研究，创造了一个全新的平台，为更高水平的研究创造了条件，必将加快中国聚变能源研究的步伐。
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