核聚變反應原理圖2021年升級後的俄羅斯托卡馬克T-15MD我國建設的世界上首個全超導托卡馬克主機簽約儀式現場照日本的托卡馬克JT-60SA無人機拍攝的“誇父”園區
中國的施工隊在世界上早已聞名遐迩，但這次要幹的事兒，有點不太一樣。
今年2月底，全球最大“人造太陽”ITER項目與中核集團中核工程牽頭的中法聯合體簽署真空室模塊組裝合同。
在成功安裝ITER“心髒”設備之後，中核又成爲ITER主機安裝的唯一承包商。
全球最大“人造太陽”，爲何由中國企業來安裝？
01. 人造太陽
核反應，是人類已知最高效的能量制造方式，有核裂變和核聚變兩種，對應的武器分別是原子彈和氫彈。
正解局之前介紹過核動力集裝箱船，使用的第四代堆型熔鹽反應堆就是目前核裂變技術的天花板。
相對于核裂變，我們最常接觸的其實是核聚變，白天一擡頭就能看到——太陽每時每刻都在進行著核聚變反應，放出光和熱。
核聚變的原理比核裂變簡單，比較輕的原子核，例如氘（D）和氚（T），結合成較重的原子核，例如氦，同時放出巨大能量。
原理簡單，但實現起來很難。
因爲核聚變需要很高的溫度，所以人類現在掌握的都是熱核聚變技術——從研發路線看，都是先有原子彈再有氫彈，因爲想要引爆氫彈，必須先引爆一枚原子彈。
軍用如此，民用亦如此。
利用核裂變來發電，早就不是啥新鮮事了。
但用核聚變來發電，人類至今還沒有做到。
氫彈的核聚變，瞬時産生的能量太大，不能用來發電，人類需要的，是可控的熱核聚變。
如何才能制造出一個“人造太陽”，成爲各國科學家孜孜不倦追求的目標。
20世紀50年代，前蘇聯科學家提出了一個利用超導體産生極強磁場來約束能量的構想，其核心組件被稱爲托卡馬克，用來實現熱核聚變。
1985年，在日內瓦峰會上，美蘇歐日共同啓動了國際熱核聚變實驗反應堆計劃，即ITER項目，作爲結束冷戰的標志性行動之一。
1988年，ITER項目的研究設計工作開始。
在集合了全球聚變研究成果，耗費了13年時間和15億美元後，研究設計終于在2001年完成。
2007年，這一全球最大“人造太陽”正式開工。
ITER項目最初只有美蘇歐日4個成員，後來變爲美俄歐日中韓印7個，協作國也擴展到35個。
時間跨度大，項目難度高，ITER項目被認爲是空間站之後最大的全人類共同合作的項目。
按計劃，如果一切順利，2025年將能完成全部建造工作。
到2050年，ITER項目將獲得商業規模上持續且安全的能源輸出。
如同許多國際合作一樣，ITER項目背後也存在著政治博弈。
ITER項目太重要了，誰都想拿到主導權。
其中，又以法國、日本競爭最激烈。
法國在核電方面經驗豐富，舍得給錢，外加歐盟在整個項目中掏錢最多，最終獲得多數選票。
日本的熱核聚變研究一直處于全球領先地位，出手也闊綽，但有一大硬傷：身處地震帶。
ITER項目鳥瞰圖，黑色最高的建築爲其托卡馬克部分
最終，ITER項目選址法國南部海港城市馬賽以北約80公裏處的聖保羅-萊迪朗斯小鎮。
02. 困難重重
似乎越是大型項目，期限延誤就越是它的宿命。
ITER項目在技術上主要遇到了兩個問題。
其一，在安裝好的19×11米（62×36英尺）氣室中，發現要焊接在一起的砌塊接頭出現了尺寸錯誤。
在設計構想中，聚變需要將超熱等離子體中的輕原子元素的原子核壓在一起，所以需要將該等離子體由強大的磁力保持在一個托卡馬克中，也就是一個密閉的環形室中。
如果砌塊接頭尺寸不對，托卡馬克可不只是漏點氣那麽簡單，很有可能直接爆炸。
其二，設計用于保護外界免受核聚變産生的巨大熱量影響的隔熱板選材上，有數據模擬後發現現有材料有很大的問題。
隔熱板材上密布的冷卻管金屬很容易在劇烈的溫差變化中老化，産生裂紋，並貫穿全管，安全隱患極大。
ITER在檢測中發現已經有管道出現裂紋
時任項目總幹事的Pietro Barabaschi就曾用“這將是幾個月甚至幾年的問題”來表達事情的嚴重性。
按照他的估算，因爲出現這兩個問題，2025年完工已不可能，但似乎仍有望在2035年完成全部計劃。
相比于技術難題造成的延期，缺錢更讓人抓狂。
2006年項目啓動時，各參與國以10年爲期，共同籌資50億歐元，沒想到這點錢完全不經花。
2023年初，ITER官方統計，按照目前的項目進度和支出，預估總成本將超過200億歐元。
最新文件顯示，就連這個金額也早就失效了，真實情況肯定更糟。
ITER項目中各國承擔的建設組件
沒錢，項目只能延期。
內部人員十分悲觀，認爲剩余的技術挑戰會讓預算幾何式增長。
ITER項目建設面臨著失控的風險。
03. 中國來了
在過去很長一段時間裏，中國一直被ITER排除在外。
表面上的原因是，中國的核聚變研究水平不夠。
這個理由，當然是站不住腳的。
實際上，早在1994年，我國第一個圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST“合肥超環”（HT-7）研制成功。
這使我國成爲繼俄、法、日之後第四個擁有超導托卡馬克裝置的國家。
即便如此，在七個成員國裏大部分都沒有自己的超導托卡馬克裝置的情況下，ITER仍然拒絕中國。
2003年，轉機出現。
加拿大在競爭選址失敗之後，一氣之下，宣布退出。
ITER一下子出現了10億歐元的資金缺口，考慮到中國的“鈔能力”，ITER終于同意中國加入。
中國的加入，還有個連帶效應。
美國原本在1998年借口要加強基礎研究，退出了ITER計劃。
中國于2003年1月初表態參加協商後，美國在1月末又宣布重新參加ITER計劃。
美國退而複返，顯然是因爲中國加入讓其看到了項目成功的希望。
中國的表現，也確實沒讓人失望。
中國加入最晚，卻成爲ITER能推進到今天的最大保障。
時至今日，ITER最重要的四個安裝節點都是中國人完成的。
2020年5月，杜瓦底座被成功吊裝是第一步。
杜瓦底座是ITER托卡馬克裝置中最重要的核心設備，它既是第一個被安裝的大型組件，又是所有重要設備的基礎，承擔著安全屏障的作用。
吊裝完成後的杜瓦底座，具有賞心悅目的工業美感
杜瓦底座重達1250噸，安裝精度必須控制在2毫米之內。
如此超高難度的作業，中核集團僅48人的團隊就順利完成了，還順手打破了中國核能行業大件設備吊裝的安裝精度記錄。
底座好了，4個月後，杜瓦下部筒體也要開吊了。
雖說相比上次，這個“小家夥”只有400噸，但這重量也相當于兩架波音747飛機了，尺寸占到ITER托卡馬克裝置的三分之一，吊裝作業的技術難度並不小。
2021年1月，杜瓦底座冷屏（LCTS）吊裝成功，托卡馬克裝置第三個重大部件的安裝完成。
2021年4月，極向場超導線圈PF6的成功落位，標志著中國對ITER核心設備的四聯吊順利完成，也標志著國際熱核聚變實驗堆磁體系統的安裝工作全面開啓。
PF6線圈是所有ITER超導磁體中最底層的、重量最大的、制造難度最高的超導磁體之一，也是決定ITER裝置運行成敗的最重要線圈之一，僅制造就花了七年多，由中科院等離子體物理研究所完成。
五個月後，托卡馬克最後一個下部主要磁體PF5也成功落位。
要知道，那時還是疫情中，中國一點都沒把事情耽誤，展現真正負責任的大國風範。
這裏必須重新提一下文章開頭說的消息。
按照原計劃，中國團隊將要吊裝的ITER真空室模塊，本應由日本組裝。
爲此，日本還與歐盟共同研制了JT-60SA，算是先打個樣。
2020年已經安裝完成，調試了三年，去年12月投入運行。
箭在弦上，可爲什麽ITER還是臨時改變主意了呢？
因爲，這個號稱世界上最大的JT-60SA，技術上已經大大落後于中國。
日本的JT-60SA只能使用氘（D）作爲模擬燃料開展等離子體控制實驗，不能直接用來發電。
我國的方案采用具有發電前景的氘氚（D-T）核聚變反應堆，是迄今爲止最接近成功的試驗裝置和示範裝置。
最重要的，是從各項技術指標看，中國的托卡馬克完勝日本技術。
在合肥，我國先後實現了1兆安、1.6億度、1056秒的等離子體運行的三大科學目標。
技術上的巨大差距，決定了ITER的重要模塊必須由中國來安裝。
04. 開始領跑
當然，中國這麽又出錢又出力，可不是來當冤大頭的。
在加入ITER計劃前，國際主流的核聚變會議上幾乎沒有中國的聲音。
加入ITER之後，我國不僅補完了課，還把自己的聚變工程實驗堆（CFETR）也提上日程。
在科研方面，中國的核聚變學者和研究機構連續多年獲邀在大會作報告，甚至擔任會議主席。
線圈吊運至裝置口
這一領域的國際頂級雜志封面上，也時常有中國學者的身影出現。
如今，我們與全球120多個聚變研究機構建立了合作，很多研究成果就是在這樣的氛圍下誕生的。
參與ITER計劃後，中國出錢又出力，換來了廣泛的技術合作與領先地位。
我國核聚變技術由跟跑向領跑轉變，在國際話語權方面的影響力前所未有。
前面提到的EAST雖然最先進，但只是實驗裝置。
中國聚變工程實驗堆就不一樣了，直接瞄准應用，走實用化，目標是建成世界首個聚變實驗電站。
目前，實驗堆前身“誇父”已經在合肥如火如荼地建設。
一旦成功，我國將擁有一種幾乎無限、無汙染、無溫室氣體排放且安全的能源。
這不僅能改善我們的生活質量，促進經濟發展，還將深遠影響國際秩序和地緣政治。
希望中國的“人造太陽”，早日“升起”。---來源: 正解局 -
