國際熱核聚變實驗堆(ITER)組織近日宣布，其已完成全球最大、最強的脈衝超導電磁體系統全部組件的製造工作，這一成就被視為人類探索清潔聚變能源道路上的關鍵里程碑。據ITER官方網站4月30日發布的消息，隨着由美國負責製造的中心螺線管第六個模塊測試完成，這一龐大磁體系統的所有核心部件現已準備就緒，即將在法國南部的ITER建設現場進行最終組裝。
全球協作的科技壯舉
ITER項目被譽為當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程之一，由歐盟、中國、美國、日本、韓國、印度和俄羅斯七方共同出資建設。這一宏偉計劃旨在證明聚變能源的科學和技術可行性，為人類未來能源供應開闢新途徑。
此次完成製造的超導磁體系統是ITER的"電磁心臟"，由中心螺線管和六個環形極向場(PF)磁體組成。其中，中心螺線管由美國能源部橡樹嶺國家實驗室領導製造，六個環形極向場磁體則分別由俄羅斯、歐洲和中國負責製造並成功交付。
ITER總幹事Pietro Barabaschi在聲明中表示："這一成就充分展示了國際合作的力量。在全球複雜地緣政治背景下，各成員國依然保持緊密協作，共同推進這一人類共同事業，這本身就是一項了不起的成就。"
技術突破與驚人數據
完成製造的中心螺線管被形容為"足以舉起一艘航空母艦"的超級磁體，其磁場強度將達到13特斯拉，相當於地球磁場的約26萬倍。該螺線管由六個獨立模塊組成，每個模塊高3.8米，重約110噸，內部裝有4.3公里長的鈮錫超導電纜。當全部六個模塊組裝完成並通電運行時，它將產生足以約束1.5億攝氏度高溫等離子體的強大磁場。
整個脈衝磁體系統組裝完成後總重量將接近3000噸，成為有史以來建造的最大超導磁體系統。該系統將工作在接近絕對零度(-269°C)的極低溫環境中，這需要複雜的低溫製冷系統支持。
美國能源部聚變能源科學辦公室主任Harriet Lynch博士表示："製造這樣的超導磁體系統需要突破多項技術極限。每一個組件都代表着人類工程技術的最高水平，而將它們完美整合更是前所未有的挑戰。"
中國貢獻與全球角色
在這一國際合作項目中，中國承擔了多項關鍵技術和部件的研發製造任務。中國不僅參與了極向場磁體的製造，還負責供應校正場線圈、支撐結構等多個重要系統。
中國科學院等離子體物理研究所研究員李定表示："中國團隊在ITER項目中發揮了越來越重要的作用。我們不僅按時完成了承諾的部件製造，還在多項技術上取得了創新突破，這些經驗對於中國自主聚變能源研究也具有重要價值。"
據了解，中國為ITER提供的多個核心部件已成功交付並安裝。中國負責的號稱"超級鍋爐"的真空室本體段、被稱為"超級冰箱"的低溫製冷系統等關鍵設備受到了ITER組織的高度評價。
聚變能源的未來前景
ITER項目旨在模擬太陽發光發熱的核聚變過程，通過將氘和氚等輕原子核在超高溫條件下融合，釋放出巨大能量。與傳統核裂變相比，核聚變具有燃料來源廣泛、無長壽命放射性廢料、本質安全等顯著優勢，被視為人類未來理想的清潔能源選擇。
ITER計劃在2025年實現首次等離子體，並在2035年前後實現全功率氘-氚聚變運行。如果成功，ITER將成為世界上第一個產生淨能量輸出的大型聚變裝置，即產生的能量將超過維持反應所需的輸入能量。
近年來，全球聚變能源研究取得了一系列突破。2022年12月，美國國家點火裝置(NIF)首次實現聚變點火，產生的能量超過了激光輸入能量。2023年，英國聯合歐洲環(JET)創造了聚變能量輸出的新紀錄。這些成就與ITER項目的進展一道，使科學家們對於聚變能源的商業化前景愈發樂觀。
國際能源署預測，如果聚變技術成功實現商業化，到2100年，聚變能源可能貢獻全球電力供應的25%以上，成為應對氣候變化和能源危機的關鍵解決方案。
挑戰與下一步
儘管取得了這一重要里程碑，ITER項目依然面臨諸多挑戰。據ITER組織透露，由於新冠疫情影響、技術複雜性以及項目管理等多重因素，ITER項目的時間表已經數次調整，總預算也從最初估計的約150億歐元增加到了超過220億歐元。
Barabaschi總幹事坦言："我們正在攀登一座前人未曾征服的科技高峰，遇到挑戰是必然的。但磁體系統組件的成功製造表明，我們正在一步步克服這些困難。"
隨着磁體系統組件的完成，下一步ITER團隊將專注於這些組件的精確安裝與集成。據計劃，中心螺線管將被運往法國南部的聖保羅-萊迪朗斯ITER建設現場，與其他磁體組件一起組裝成完整的磁體系統，最終與托卡馬克裝置的其他部分整合。
ITER科學主管Richard Pitts博士表示："雖然我們還有很長的路要走，但每完成一個里程碑，我們就離實現可控核聚變的夢想更近一步。這不僅是為ITER項目，也是為全人類的可持續能源未來而努力。"
這一全球合作的科技壯舉再次證明，面對人類共同的能源與氣候挑戰，國際協作依然是解決問題的最有效途徑。正如一位參與項目的科學家所言："聚變能源猶如一場馬拉松，而不是短跑。通過持續不懈的國際合作，人類終將駕馭這顆'人造太陽'的力量，開啟能源利用的新紀元。"
能源，決定了人類在地球上能生存多久。人類對能源的開發程度越高，往往也標誌着文明的程度更高。可控核聚變經常被人們稱為終極能源。只要我們掌握了可控核聚變的技術，那麼相當於我們只要用少量的質量就可以獲取巨大的能源，從某種程度上來說，我們就擁有了用不完的能源。一方面，這種能源乾淨綠色，對地球的環境和氣候百利無一害；另一方面，可控核聚變蘊含的巨大能量或許是人類未來向深空進發的關鍵力量。
