世界最大核聚變反應堆開始組裝

人類是一個能源飢渴的物種，我們目前的能源來源無法滿足需求。核聚變，為太陽提供能量的過程，或許可以提供我們所需的那種清潔、豐富的能源——如果科學家們能夠解決這個問題的話。國際熱核聚變實驗堆 (ITER) 是迄今為止最雄心勃勃的嘗試，旨在利用迫使兩個原子合二為一產生的能量。這個耗資 250 億美元的實驗專案位於法國聖保羅-萊斯-迪朗斯，是歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同參與的專案。它的最終目標是實現以前沒有任何聚變實驗實現過的目標：產生的熱量多於消耗的熱量。

該專案一直受到延誤和成本膨脹的困擾，一項關鍵的獨立評估迫使高層領導在幾年前下臺。在一些懷疑論者看來，它將永遠是一個浪費金錢的無底洞，為一個旨在甚至不是一個可執行的發電廠，而僅僅是一個概念驗證的實驗浪費了太多的時間和金錢。但 ITER 終於在 2020 年 7 月達到了一個長期追求的里程碑，即正式啟動機器組裝——當時科學家們開始連接合作國家提供的各種部件。“我們的感覺就像一個應該連續跑馬拉松的人，你完成了第一個馬拉松，但仍然知道還有很多要跑，” 貝爾納·比戈特說道，他於 2015 年接任 ITER 總幹事。“這給了我們對未來更多的信心，但我們知道一切都不是理所當然的。”

挑戰在於基本上在實驗室內部建造一顆微型恆星——然後再控制它。實驗的核心是一個 23,000 噸重的圓柱體，其中強大的超導磁體將嘗試將 1.5 億攝氏度的等離子體約束足夠長的時間以發生聚變。讓物理原理髮揮作用將是一個巨大的挑戰，征服建造過程也將如此。“這是一個大型國際專案，部件在世界各地製造，它必須像拼圖一樣拼合在一起，而且它必須能夠工作，” 威廉瑪麗學院的等離子體物理學家薩斯基亞·莫迪克說道，她不是 ITER 團隊的成員。

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科學家們希望在 2025 年按下傳說中的紅色按鈕並啟動反應堆，最終目標是在 2035 年使其全功率執行。如果成功，回報將是巨大的。聚變有潛力釋放比燃燒煤、石油甚至核裂變（為傳統核電站提供燃料）更多的能量。聚變不產生溫室氣體或放射性廢物。“從我的角度來看，聚變確實是可再生能源的補充選項，並且可能是解決氣候變化的方法，” 比戈特說。“未來三四年將絕對關鍵。”

溫度梯度：ITER 將包括宇宙中最熱的地方之一——容納 1.5 億攝氏度等離子體的真空容器——以及宇宙中最冷的地方之一；用於約束和控制等離子體的磁體必須保持在約 4 開爾文（-269 攝氏度）。分隔兩者的是一個鍍鈹鋼“毯”，用於相互遮蔽這些部分，它將透過短柱鍵連線到真空容器的內壁，目前用黃色蓋子覆蓋以防止灰塵進入。

世界最大：託卡馬克裝置腔室，從頂部（頂部）和中部（底部）看，是一個將容納 ITER 實驗的圓柱體。“託卡馬克”一詞是俄語“帶磁線圈的環形室”的縮寫——這是物理學家伊戈爾·戈洛文於 1957 年首次提出的概念。ITER 的託卡馬克裝置將是有史以來最大的，是目前執行的最大裝置的兩倍大。該機器的底座於 2020 年 7 月被放入腔室，標誌著該專案在法國南部現場開始組裝。該站點由歐洲資助，歐洲支付了該專案總成本的近一半；歐洲的貢獻由歐洲聚變能機構管理。

空容器：ITER 的真空容器將由六個部分組成，每個部分在韓國或義大利建造。巨大的鋼製部件必須透過船運到馬賽附近的福斯-蘇爾-梅爾港，在那裡透過公路向東北方向 100 公里運送到 ITER 現場。現在第一批部件已經到達，工人們將把它們與磁體和熱遮蔽連線起來，然後將它們放入托卡馬克裝置腔室。

深度冷凍：反應堆中的超導磁體只能在接近絕對零度的超低溫下工作，這將透過液氦在低溫泵中迴圈來維持。操作員透過一組複雜的手動閥門（頂部）根據壓力、溫度和流量的本地讀數來控制系統。由承包商液化空氣集團（底部）建造的成品低溫工廠將是世界上最大的氦製冷裝置。

磁籠：ITER 的聚變等離子體將被一組磁體包裹和約束，包括六個環形超導極向磁體（此處顯示），它們將水平堆疊在一起以包圍等離子體。此外，18 個環形場線圈將垂直環繞機器，一個大型中央螺線管將位於中間，形成有史以來最大的超導磁體系統。超導體允許電流無電阻地流動，使電子自由移動以產生強磁場。

磁體建造：極向磁體由鈮錫和鈮鈦製成，是唯一在現場製造的 ITER 部件。它們的直徑在 17 米到 24 米之間，每個重達 400 公噸，體積太大，無法在其他地方建造和運輸。極向場線圈 #6 在其冷卻低溫恆溫器內部顯示。