世界最大核聚变反应堆开始组装

人类是一个能源饥渴的物种，我们目前的能源来源无法满足需求。核聚变，为太阳提供能量的过程，或许可以提供我们所需的那种清洁、丰富的能源——如果科学家们能够解决这个问题的话。国际热核聚变实验堆 (ITER) 是迄今为止最雄心勃勃的尝试，旨在利用迫使两个原子合二为一产生的能量。这个耗资 250 亿美元的实验项目位于法国圣保罗-莱斯-迪朗斯，是欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同参与的项目。它的最终目标是实现以前没有任何聚变实验实现过的目标：产生的热量多于消耗的热量。

该项目一直受到延误和成本膨胀的困扰，一项关键的独立评估迫使高层领导在几年前下台。在一些怀疑论者看来，它将永远是一个浪费金钱的无底洞，为一个旨在甚至不是一个可运行的发电厂，而仅仅是一个概念验证的实验浪费了太多的时间和金钱。但 ITER 终于在 2020 年 7 月达到了一个长期追求的里程碑，即正式启动机器组装——当时科学家们开始连接合作国家提供的各种部件。“我们的感觉就像一个应该连续跑马拉松的人，你完成了第一个马拉松，但仍然知道还有很多要跑，” 贝尔纳·比戈特说道，他于 2015 年接任 ITER 总干事。“这给了我们对未来更多的信心，但我们知道一切都不是理所当然的。”

挑战在于基本上在实验室内部建造一颗微型恒星——然后再控制它。实验的核心是一个 23,000 吨重的圆柱体，其中强大的超导磁体将尝试将 1.5 亿摄氏度的等离子体约束足够长的时间以发生聚变。让物理原理发挥作用将是一个巨大的挑战，征服建造过程也将如此。“这是一个大型国际项目，部件在世界各地制造，它必须像拼图一样拼合在一起，而且它必须能够工作，” 威廉玛丽学院的等离子体物理学家萨斯基亚·莫迪克说道，她不是 ITER 团队的成员。

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科学家们希望在 2025 年按下传说中的红色按钮并启动反应堆，最终目标是在 2035 年使其全功率运行。如果成功，回报将是巨大的。聚变有潜力释放比燃烧煤、石油甚至核裂变（为传统核电站提供燃料）更多的能量。聚变不产生温室气体或放射性废物。“从我的角度来看，聚变确实是可再生能源的补充选项，并且可能是解决气候变化的方法，” 比戈特说。“未来三四年将绝对关键。”

温度梯度：ITER 将包括宇宙中最热的地方之一——容纳 1.5 亿摄氏度等离子体的真空容器——以及宇宙中最冷的地方之一；用于约束和控制等离子体的磁体必须保持在约 4 开尔文（-269 摄氏度）。分隔两者的是一个镀铍钢“毯”，用于相互屏蔽这些部分，它将通过短柱键连接到真空容器的内壁，目前用黄色盖子覆盖以防止灰尘进入。

世界最大：托卡马克装置腔室，从顶部（顶部）和中部（底部）看，是一个将容纳 ITER 实验的圆柱体。“托卡马克”一词是俄语“带磁线圈的环形室”的缩写——这是物理学家伊戈尔·戈洛文于 1957 年首次提出的概念。ITER 的托卡马克装置将是有史以来最大的，是目前运行的最大装置的两倍大。该机器的底座于 2020 年 7 月被放入腔室，标志着该项目在法国南部现场开始组装。该站点由欧洲资助，欧洲支付了该项目总成本的近一半；欧洲的贡献由欧洲聚变能机构管理。

空容器：ITER 的真空容器将由六个部分组成，每个部分在韩国或意大利建造。巨大的钢制部件必须通过船运到马赛附近的福斯-苏尔-梅尔港，在那里通过公路向东北方向 100 公里运送到 ITER 现场。现在第一批部件已经到达，工人们将把它们与磁体和热屏蔽连接起来，然后将它们放入托卡马克装置腔室。

深度冷冻：反应堆中的超导磁体只能在接近绝对零度的超低温下工作，这将通过液氦在低温泵中循环来维持。操作员通过一组复杂的手动阀门（顶部）根据压力、温度和流量的本地读数来控制系统。由承包商液化空气集团（底部）建造的成品低温工厂将是世界上最大的氦制冷装置。

磁笼：ITER 的聚变等离子体将被一组磁体包裹和约束，包括六个环形超导极向磁体（此处显示），它们将水平堆叠在一起以包围等离子体。此外，18 个环形场线圈将垂直环绕机器，一个大型中央螺线管将位于中间，形成有史以来最大的超导磁体系统。超导体允许电流无电阻地流动，使电子自由移动以产生强磁场。

磁体建造：极向磁体由铌锡和铌钛制成，是唯一在现场制造的 ITER 部件。它们的直径在 17 米到 24 米之间，每个重达 400 公吨，体积太大，无法在其他地方建造和运输。极向场线圈 #6 在其冷却低温恒温器内部显示。