阿波罗在人间

冷兵器时代的战争，往往因抢夺粮食而起，今天的战争，则被人打上了能源的烙印。地球上的煤炭、石油等常规能源，与日俱减，而全球经济的快速成长，对能源的需求又与日俱增。这就是矛盾。尽管现代社会越来越理性，不会将所有的矛盾都通过战争来解决，但就是谈判与协商，这种国际间的扯皮，极没效率也极不利于团结。

怎么办？

最好的办法就是能找到一种替代能源，一种今新的取之不尽用之不竭的终极能源。水力似乎是个不错的选择，世界上的大江大河多的是，随便把江河截断垒起高坝便可发电，而且可以梯级开发，一条江可以建若干个水电站。但是水电站对局部环境和生态所造成的影响，又是彻底破坏的。在欧美等发达国家，基本上不再发展水电了。风力，潮汐，甚至于火山等大自然的能量，皆能为我所用，但它们仍远远不能提供全球经济高速列车所需能量。虽然各种各样的新能源不断面市，但石油的价格还是一路飙升。新开发的能源，对于庞大的国际制造业而言，确实是杯水车薪。

因此，科学家们有了更狂放的设想。太阳是离我们最近的恒星，现在所有的能源归根结蒂，都是太阳能的“遗传与变异”，太阳是地球能源之母。于是，颇具想象力的科学家，寄望于太阳。他们欲借太阳之伟大力量，来化解人世间的能源危机。这是一个伟大的设想，可不是牵三根高压电线到太阳这座巨大的发电站去那么简单。事实上，这个想法除了伟大，还有冒险，因为它的核心技术就是要驯服人类史上最强的末日武器——氢弹。

50多年来的热核聚变研究一直围绕着一个主题，就是要实现可控的核聚变反应，造出一个人造太阳，一劳永逸地解决人类的能源之痛。

万物生长靠太阳，人类生存自然也离不开太阳。我们生火煮饭的柴草来自太阳，水力发电来自太阳，汽车里燃烧的汽油来自太阳……迄今为止，除了核能以外，我们使用的所有能源几乎都来自太阳。太阳像所有的恒星一样进行着简单的热核聚变，向外无休止地辐射着能量。

我们现今所使用的能源，有些直接来自太阳，有些是太阳能转化的能源，像水能、风能、生物能，有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源，像煤炭、石油这样的化石燃料。人类社会发展到今天，仅靠太阳给予的可用能源已经不够用了。我们今天使用的主要能源是化石燃料，再有100多年即将用尽。人们还抱怨化石燃料对大气造成了污染，增加了温室气体。要知道它们是太阳和地球用了上亿年才形成的，但只够人类使用三四百年，而且它们是不可再生的。另外，煤炭、石油等是人类重要的自然资源，作为燃料烧掉是非常可惜的。人们无不担心，煤和石油烧完了，而其他能源又接替不上该怎么办?

在元素周期表中，虽然元素是由质子和中子成对增加依次构成的，但是原子的重量却不是按质子和中子的增加而等量增加的。在较轻的原子中，质子和中子的重量偏重，如果两个轻的原子合成一个重原子，两个轻原子的原子量之和往往重于合成的重原子。同样，在较重的原子中，质子和中子的重量也偏重，一个重原子分裂为两个轻原子，重原子的原子量一般重于两个轻原子之和。只是在铁元素附近的原子中，质子和中子的重量偏轻。由此可见，在原子核反应中，质量是不守恒的，即出现了所谓的质量亏损。这些质量到哪里去了呢?按照爱因斯坦的质能关系公式E=mc²，亏损的质量转换为能量，由于c²是个巨大的系数，很小的质量就可释放出巨大的能量。科学家正是基于这一点，利用重金属的核裂变制造出了原子弹，利用轻元素的核聚变制造出了氢弹。

原子弹和氢弹的巨大威力令人惧怕，同时也让人们兴奋，因为原子中蕴藏的能量太大了，能否利用这种能源是人们自然想到的问题。原子弹和氢弹中的巨大能量是在瞬间释放出来的，而要作为常规能源使用，就必须实现可控制的核裂变和核聚变。对于核裂变来说，控制起来相对比较容易，裂变核电站早已经实现商业运行，并在欧洲成为主力电能。但用来产生核裂变的铂235等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。

对我们而言，最具诱惑力的自然是核聚变，它的单位质量产生的能量比核裂变还要大几倍。实际上，宇宙中最常见的就是氢元素的聚变反应，所有的恒星几乎都在燃烧着氢，因为氢是宇宙中最丰富的元素。氢的聚变反应在太阳上(还有少量其它核聚变)已经持续了近50亿年，至少还可以再燃烧50亿年。氢在地球上也是非常丰富的，每个水分子中都有2个氢原子，但最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变(氢弹就是这种形式的聚变)。氘和氚发生聚变后，2个原子核结合成1个氦原子核，并放出1个中子和l 7．6兆电子伏特能量。就氘来说，它是海水中重水(水分子为H₂O，重水为D₂O，只占海水中的一小部分)的组成元素，海水中大约每6 500个氢原子中有1个氘原子。每升水约含30毫克氚(产生的聚变能量相当于300升汽油)，其储量就多达40万亿吨。一座1 000兆瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304公斤，海水中的氘足够人类使用上百亿年，这就比太阳的寿命还要长了，更不要说再使用氢了。

另外，除氚具有放射性危险之外，氘—氚聚变反应不产生长寿命的强放射性核废料，其少量放射性废料也很快失去放射性。氘—氚反应没有任何放射性。可以说氢及其同位素的聚变反应是一种高效清洁的能源，而且真正是用之不竭。既然恒星上都在进行着这样的核聚变，地球上也不缺这种核聚变的原料，只要实现可控的核聚变，就可以造出一个供人们永久使用的“太阳”。实际上，自从人们揭开太阳燃烧的秘密以来，就一直希望模仿太阳在地球上实现核聚变从而为人类提供无尽的能源。尽管50多年过去了，人们只见到了氢弹的爆炸，而没有看到一座核聚变发电站的出现，但它诱人的前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。

在太阳上由于引力巨大，氢的聚变可以自然地发生，但在地球上的自然条件下却无法实现自发的持续核聚变。在氢弹中，爆发是在瞬间发生并完成的，可以用一个原子弹提供高温和高压，引发核聚变，但在反应堆里，不宜采用这种方式，否则反应会难以控制。

20世纪50年代初，苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇按照这样的思路，不断进行研究和改进，于1954年建成了第一个磁约束装置。他将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克(tokamak)。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写，又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包围，可用来约束电离了的等离子体。我们知道，一般物质到达10万度时，原子中的电子就脱离了原子核的束缚，形成等离子体。等离子体是由带正电的原子核和带负电的电子组成的气体，整体是电中性的。在磁场中，它们的每个粒子都是显电性的，带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动，所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中。这种环形的磁场又叫磁瓶或磁笼，看不见，摸不着，也不接触有形的物体，因而也就不怕什么高温了，它可以把炙热的等离子体托举在空中。

50年来，全世界共建造了上百个托卡马克装置，在改善磁场约束和等离子体加热上下足了功夫。

中国的核聚变研究也有较快的发展，西南物理研究院1984年建成中国环流器一号(HL-1)，1995年建成中国环流器新一号。中国科学院等离子体物理研究所1995年建成超导装置HT-7。HT-7是苏联无偿赠送给中国的一套纵向超导的托卡马克实验装置，经等离子体物理研究所的不断改进，它已成为一个庞大的实验系统。它包括HT-7超导托卡马克装置本体、大型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂的诊断测量系统。在十几次实验中，取得若干具有国际影响的重大科研成果。特别是在2003年3月31日，实验取得了重大突破，获得超过1分钟的等离子体放电，这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置。

2006年2月，中国科学家率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳聚变产生能量。专家称，如果新装置的实验取得成功，中国将成为世界上第一个拥有全超导核聚变实验装置的国家。

当太阳神阿波罗真的落户地球，人类享受到的不只是能源的便利，日益恶化的生态环境也将得到极大改善。