人造太阳100亿欧元订单

　　上海报道 本报记者 周扬

　　“人造太阳”不会高悬空中，它只是一个高24米，直径30米的落地圆柱体大容器。

　　在容器的内部，核聚变产生的巨大能量如同太阳的光和热——安全、清洁、源源不竭。国际热核聚变实验堆(ITER)因此被称作“人造太阳”计划。

　　ITER是目前规模最大的国际科技合作项目，由中国、欧盟、美国、日本等7方参与，共涉及33个国家。

　　2008年开始，ITER计划进入正式实施阶段，在今后漫长的35年里，这个“人造太阳”的实验将耗资100亿欧元以上。中国将贡献其中的9%，约合100亿元人民币。

　　ITER只是一个实验反应堆，离商业应用还有一定距离，但目前ITER的7方参与者已经未雨绸缪。曾参与ITER国际谈判的中国科学院等离子体物理研究所副所长武松涛说：“中国已经开始考虑聚变应用堆的预研和设计工作。”

　　数百年后，当地球上的天然能源消耗殆尽，“人造太阳”或许是届时为数不多的替代能源之一。其中蕴含的巨大商业利益，正是ITER计划参与者的博弈动力。

　　七方造“日”

　　爱因斯坦的质能方程E=mc2，解释了核能的简单秘密：当两个原子核发生核反应时，质量会发生亏损，这些亏损的质量将转变为巨大的能量。

　　太阳的内部时刻都在燃烧着氢的同位素——氘和氚。当氘和氚的原子核相聚碰撞时，会结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这是我们所沐浴的温暖阳光的来源。

　　ITER计划，正是将类似太阳内部的核聚变反应，在一个容器内实现并加以控制。

　　聚变能采用的原料氘，在自然界中几乎取之不尽。据科学家们测算，地球海水中蕴藏了大约40万亿吨氘，如果用于聚变反应，释放的能量足够人类使用几十亿至上百亿年。

　　核聚变反应产生的能量，是核电站所利用的核裂变反应的7倍，而且反应产物是无放射性污染的氦。

　　虽然核聚变能的优势如此明显，原理也如此简单，但自1952年美国爆炸第一颗氢弹至今，人们仍然没能真正控制住聚变能。

　　最大的难题在于，核聚变反应需要上亿度的高温，而且高温的等离子体还必须在足够长的时间里“老实地呆在容器里”，使聚变反应稳定持续地进行，“不能乱跑，也不能碰到容器的内壁”，武松涛解释说。

　　用什么容器来盛装上亿摄氏度的等离子体？苏联科学家曾提出“环形磁约束容器”的概念——在磁场中，带正电的原子核会沿着无形的磁力线做螺旋式运动，这样便不会碰到容器内壁。

　　这个用来约束高温等离子体的装置被称为托卡马克(Tokamak)，ITER应用的正是全超导托卡马克的原理。

　　但ITER的各个技术环节都极其复杂，且耗资巨大，仅靠一国之力难以完成。好比要拉响二胡，缺了弓、鼓膜、弦、调音器任何一个部件都不行。武松涛说：“ITER涉及到的各方面技术要各国通力合作。”

　　ITER计划最终由中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度七方合作建设，选址在法国南部的城市卡达拉舍(Cadarache)，那里森林密布，环境优美，是法国原子能委员会的一个重要研究基地。

　　目前来自各国的工作者都是主动请缨，在严格的考试之后被ITER国际组织录用。约有300多人在卡达拉舍为ITER国际组织工作。来自中国的王绍祺是ITER国际组织的行政副总干事。

　　ITER采购包

　　庞大的ITER计划，始于1985年11月美国和苏联的倡议，当时美国、苏联、日本和欧洲共同体四方参与，计划建设国际热核实验反应堆。之后，中国、韩国、印度陆续加入。

　　2006年11月，上述7方签署ITER条约。2007年10月24日，条约正式生效，ITER国际组织成立，标志着ITER计划进入正式实施阶段。

　　武松涛介绍说，ITER计划大体分三个阶段进行：

　　第一阶段从现在起至2016年，为实验堆建设阶段，耗资约50亿欧元；第二阶段持续20年，是热核聚变操作实验阶段，预计耗资约50亿欧元；第三阶段历时5年，是实验堆拆卸阶段，耗资5亿欧元左右。三个阶段共耗时35年，花费总计约105亿欧元。

　　因为ITER建在欧盟境内，所以欧盟需要承担整个工程5/11的贡献率，其余6方各承担1/11。

　　按照ITER国际组织的算法，该项目以ITER标准单位来计算工程量，这个标准单位是IUA(ITER Unit of Account)。在1998年时，一个IUA的造价相当于1000美元。

　　ITER国际组织将整个工程划分为若干个采购包，每个采购包以KIUA(Kilo ITER Units of Account)为计量单位。中国需要承担总工程量的9%，涉及到五大领域的13个采购包。

　　这五大领域分别是，超导、电源、包层、遥控技术和加料系统。13个项目采购包的制造任务主要由中国的两大研究机构承担：一个是武松涛所在的中科院等离子体物理研究所，承担7个半采购包任务；另一个是核工业西南物理研究院，承担5个半采购包。“其中的一个采购包，是两家共同承担。”武松涛解释说。

　　按照ITER官方的时间表，2016年需要完成ITER的建设。“在此之前我们要把这13个采购包全部完成，并运到卡达拉舍组装完毕。”武松涛说，除欧盟外的其他6方，也都承担了总工程量9%的采购包任务。

　　根据ITER国际谈判结果，中方在建造阶段出资额的近80%是实物投入，即在国内研制加工制造部件，并按照中方出资比例向ITER组织派遣职员等。

　　虽然80%都是贡献部件，但仍有20%左右需要贡献真金白银，这部分折合人民币约10亿元。

　　据武透露，整个ITER计划的现金部分，将用于ITER国际组织运营、人员工资等日常支出。此外，通过现金建立起来的公共基金，将用于某些未分配采购包的国际招标。

　　至于中国ITER计划的管理体制，则相对扁平化。

　　行政层面由科技部的ITER计划中国办公室统筹，未来将成立ITER国内机构，承担ITER计划的具体组织实施和日常管理工作。

　　去年10月，科技部还成立了国家磁约束核聚变专家委员会，任务是为科技部的ITER决策提供参考。委员会主任由中国工程物理研究院科技委主任彭先觉担任，17名委员由相对年轻的专家组成。

　　在执行层面，则由上述两大机构共同承担13个采购包的关键技术研发任务。

　　“最后能源”之战

　　中国参与ITER计划的最终目的，是为建成中国自己的核聚变反应堆做准备。ITER的其他参与各方，也都瞄准了核聚变能未来的商业利益。

　　ITER计划虽然不能发电，但完全按实际发电反应堆来设计，其目标是实现聚变反应产生的能量超过消耗的能量，并且稳态运行，从而为最终的商用示范反应堆扫清关键性的技术障碍。

　　在讨论ITER的选址时，早期参与的6方就产生过严重分歧，一度令这个最大的国际合作项目陷于停滞。

　　日本、法国同时提出要承建。欧洲研究人员认为，若反应堆建在日本城市六所村，地震风险太大；日本则认为，法国的卡达拉舍远离海岸，很难安全地运输大型设施。

　　武松涛分析，争取ITER选址本国，至少有两点好处：其一，装置所在国的工作人员会占到整个项目的50%。欧盟预计，这将直接为承建国提供3000个就业岗位；其二，ITER代表了世界未来能源科技的最高水平，参与ITER的设计、建造和研究，能带动当地钢铁、电力、建筑、运输等行业的发展。

　　6方经过一年多的反复谈判商讨，最终卡达拉舍胜出。

　　作为交换条件，欧盟同意其中10%的所谓高技术部件从日本市场采购。此外，来自日本的池田要成为了ITER项目总干事。

　　ITER计划的发展过程中，美国也曾经历“加入—退出—再加入”的反复。而2007年底，美国国会又作出决定，拒绝支付2008年为ITER提供的1.49亿美元，反而为美国国内3个小型聚变实验提供了9530万美元的经费。

　　ITER计划的参与七方，享有完全平等的知识产权，这是美国参与ITER的动力之一。但同时，美国也在进行自己的核聚变研究，国会认为，在一个不是自己主导的国际合作项目上，不必倾囊相助。

　　虽然美国联邦政府能源部(DOE)承诺，会从其他项目筹集用于ITER的经费。但从此事不难看出，ITER参与各方都在打自己的算盘。

　　“因为这里面的商业利益是很明显的。”武松涛说，“如果聚变能技术的研究还处在困难时期，大家还愿意合作。一旦将来商业利益明朗，合作就困难了。”