技術人員在ITER預組裝大廳進行吊裝作業準備
ITER總部外景
形似“橘子瓣”、重達數百噸的巨大構件，被精確吊裝進入地下深坑。這片扇形結構是國際熱核聚變實驗堆（ITER）真空室的重要組成部分，也是人類向無限能源發起沖擊的關鍵一環。作為全球規模最大的國際科研合作項目之一，ITER旨在模擬太陽發光發熱的核聚變過程，探索可控核聚變技術商業化可行性。日前，經過嚴格的安全檢查，記者走進了這座坐落于法國南部的科研基地，實地探訪“人造太陽”項目建設進展。
自提出構想以來已經歷時四十載
30多個國家上千名人員參與建設
從法國南部港口城市馬賽出發，驅車約一小時，記者來到丘陵環抱中的圣保羅—萊迪朗斯小鎮。ITER總部就坐落在一處地勢較高的丘陵之上，主樓正面外觀呈黑色，輔以白色硬朗線條，充滿科技感。建筑一側懸掛著一面巨大的英文標識牌，寫著“安全組裝ITER，為了聚變能源的未來”。ITER是迄今為止全球規模最大的核聚變實驗裝置，總占地面積達180公頃，除主反應堆外，還配有規模龐大的供電、冷卻等配套設施。來自30多個國家的上千名科學家、工程師和技術人員在此工作。
自1985年提出構想以來，經過多年磋商與技術論證，2006年11月21日，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同簽署《聯合實施國際熱核聚變實驗堆計劃建立國際聚變能組織的協定》，決定在法國建設實驗堆。各方采取“實物出資”模式，即不直接現金出資，而是由各成員自行制造所承擔的設備部件，運送至現場統一集成組裝。
在進入反應堆核心區域之前，記者在工作人員的指引下，依次完成了嚴格的防護準備：佩戴安全帽、防護眼鏡和防塵鞋套，隨后乘坐專用通勤車駛向園區深處。下車后，還需在專設區域清洗鞋底灰塵，穿戴手套與鞋套，并穿過兩道厚重的隔塵門簾。一系列檢查后，記者終于踏上了ITER反應堆核心建筑的平臺，這是參觀者能夠到達的距離真空室最近的位置。真空室是項目工程最關鍵的核心部件之一。
在核心建筑平臺透過玻璃望去，施工現場秩序井然，龐大的建筑空間令人感到自身的渺小。整個安裝空間高度達數十米，一座幾層樓高的巨大螺管矗立中央，一片“橘子瓣”狀的真空室扇段通過特殊裝置連接到中央螺管上。周邊許多設備被嚴密遮蓋，等待安裝。技術工人正在進行高精度定位、吊裝與焊接作業，施工區域內嚴格執行溫控與防塵要求。
ITER項目建設面臨的一大挑戰，是來自世界各地專業研究機構提供的大型部件運輸至項目現場的物流問題。例如，ITER裝置的18個D形環向場線圈，每個重達310噸，包括運輸車在內的最重組件可達900噸，部分難以運輸的超大型設備需在項目現場進行制造和組裝。
ITER組織副總干事羅德隆向記者介紹，核聚變相比核裂變優勢明顯，幾乎無放射性污染，沒有溫室氣體排放，燃料來源廣泛且能效極高。一升海水中提取出的氘，經過聚變反應后釋放出的能量相當于燃燒300升汽油。“如果能夠實現聚變能的大規模受控應用，人類的能源問題將從根本上得到解決。”
“磁場包住火”模擬太陽核聚變環境
中國團隊承擔18個關鍵設備包
ITER采用的核聚變技術路線叫作“托卡馬克”，由蘇聯科學家在20世紀50年代提出，是目前國際上最主流且可行性較大的核聚變技術路線。托卡馬克裝置內布滿巨大的磁線圈，通過強磁場形成環形的“磁籠”，將超高溫等離子體牢牢懸浮在真空室中央，使其與容器壁完全隔離，從而實現安全穩定的聚變反應。這種用“磁場包住火”的方式，使得人類能在地球上復制出類似太陽內部的核聚變環境，因此該裝置也被形象地稱為“人造太陽”。
預組裝大廳里，高高的吊架上懸著一個超大豌豆形金屬設備，吊斗里的技術人員正對其進行檢查，這是托卡馬克主機真空室的模塊之一。聚變反應的條件極為苛刻，反應溫度至少需要達到1.5億攝氏度，相比之下，太陽中心的溫度也“僅有”約1500萬攝氏度。要想裝住如此高溫的等離子體，只能使用特殊設計的“保溫殼”隔絕熱量。科學家們采用類似于保溫杯的結構，使用雙層耐輻照不銹鋼在中間抽取真空形成真空室，并在外層加裝冷屏制造出高效隔熱的結構。這樣的結構可以一邊確保真空室內部上億攝氏度的高溫等離子體能量不向外擴散，一邊幫助真空室外部的磁體線圈保持零下269攝氏度的低溫以觸發超導效應，可謂“冰火兩重天”。
羅德隆介紹，ITER整個真空室預計由9個扇段拼接組成，總部件重量達8000噸，超過法國埃菲爾鐵塔的重量。由于整體規模巨大，真空室必須分為若干扇段單獨制造與組裝，最終拼接成一個完整的結構。安裝精度需控制在毫米級，每一瓣之間必須嚴絲合縫。每片“橘子瓣”內部結構同樣極為復雜，其中使用了大量超導線圈，每根直徑不到1毫米的超導線內又包含了8000至10000根細絲，每一根都經過特殊涂層處理。
據介紹，中國團隊承擔了ITER項目中18個關鍵設備包，包括超導磁體饋線、縱向場線圈、極線場線圈、校正場線圈、脈沖功率系統和磁體電源轉換設備等核心部件。截至目前，中國的產學研機構與ITER組織簽訂了85份設計和制造合同。由中核牽頭組建的中法企業聯合體，還承擔了反應堆核心機器的組裝起吊、精密定位、連接和檢查任務。中方設備交付及時，質量過硬，極高的施工效率獲得ITER方面的高度評價。
反應堆有望2034年點火運行
材料技術是目前最大瓶頸
通過建造和運行ITER裝置，可以驗證核聚變反應在大規模、長時間、高參數條件下的可行性。同時，核聚變實驗堆的建設涉及眾多前沿科學技術領域。在材料科學方面，需要研發能夠承受高溫、高輻射、強磁場等極端條件的材料；在超導技術領域，ITER裝置使用了大量的超導磁體來產生強磁場，這將推動超導材料的制備和應用技術的發展。此外，還涉及高精度的測量技術、先進的控制系統、復雜的工程設計等多個領域。這些技術的協同發展將帶動相關產業的技術進步，促進人類整體科學技術水平的提升。
“聚變永遠還有50年”，這曾是人們對于攻克可控核聚變技術挑戰的半開玩笑式的描述。根據ITER最初的設想，該反應堆計劃在2016年建成，但受限于工程本身的復雜性和多國協作模式的整合難度，項目工期一延再延。目前，僅有一片“橘子瓣”完成安裝，反應堆距離完全建成仍需較長時間。ITER理事會正在對反應堆建設進度制定新的工程基準。據ITER組織最新預計，反應堆有望在2034年實現首次點火運行。
為什么可控核聚變如此艱難？ITER組織工程師符津科告訴記者，材料技術是目前最大瓶頸。迄今為止，人類尚未找到能直接承受上億攝氏度高溫的材料，即便是最耐高溫的鎢合金也只能承受三四千攝氏度。因此，必須借助磁場精確控制等離子體位置，確保其穩定運行。此外，燃料自給、材料輻照老化、熱能回收效率和經濟可行性等問題仍待突破。
ITER組織戰略協調官蘇明星表示，像ITER這樣接近人類科學極限的工程，需要一代代科研人員秉持“愚公移山”的精神，持續探索、積累經驗、攻克難關。當被問及假如反應堆建成卻最終實驗失敗怎么辦時，蘇明星笑著回答：“無論成功或失敗，我們都已成為書寫人類科學史的一員。”
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