ITER的聚变能实验将在甜甜圈形状的托卡马克机器的真空容器中进行。

自20世纪30年代以来，世界一直试图掌握这种无限的清洁能源，我们现在比以往任何时候都更为接近。

法国——在法国南部普罗旺斯地区的一座小山上，你可以看到两个太阳。其中一颗已经燃烧了45亿年，并且还在燃烧。另一个则是由成千上万的人类的智慧和双手建立起来的，而且正在缓慢地上升。最后一道真正的太阳的黄昏光线在另一个地方投射出神奇的光芒——一个巨大的建筑工地，可以解决人类历史上最大的生存危机。

正是在这里，在圣保罗雷斯-杜兰斯这个小小的公社里，35个国家聚集在一起，试图掌握核聚变，这是一个在太阳和所有恒星上自然发生的过程，但在地球上复制是非常困难的。

核聚变带来了一种几乎无限的能源，与化石燃料不同，它不排放温室气体，也不像现在使用的核裂变能源，它不会产生长寿命的放射性废物。

掌握它可以拯救人类免受气候变化的威胁，这是我们自己造成的危机。


技术人员在ITER检查超导体。

如果核聚变能被掌握，它无疑将为世界大部分地区提供能源。只要投入1克燃料，就能产生相当于8吨石油的核聚变能量。这是惊人的800万比1的收益率。

原子专家们很少愿意估计核聚变能何时会广泛应用，他们经常开玩笑说，不管你什么时候问，这总是30年以后的事。

但历史上第一次，这可能是真的。

今年2月，在牛津附近的英国村庄Culham，科学家们宣布了一项重大突破:他们在一个被称为托卡马克的巨型甜甜圈形状的机器中产生了创纪录的59兆焦耳的聚变能，并持续了5秒。

这只够为一户人家供电一天，而且过程中消耗的能量比从过程中产生的要多。但这确实是一个历史性的时刻。它证明了核聚变确实有可能在地球上持续下去。


从托卡马克室的顶部看过去。托卡马克最终将重达23000吨，相当于三座埃菲尔铁塔的重量总和。

这对于法国的国际热核实验反应堆(International thermonnuclear Experimental Reactor，简称ITER)来说是个好消息。它的主要目标是证明核聚变可以在商业上加以利用。如果可以，世界将不再使用煤炭、石油和天然气等化石燃料，这些是人为气候危机的主要驱动因素。

自从在英国取得成功以来，ITER一直有一种巨大的势头，但参与该项目的人员也正在经历一场重大变革。14日，领导ITER长达7年之久的总干事贝尔纳·比戈(法语发音为bi-GOH)因病去世。

在他去世之前，比戈特在他阳光明媚的办公室里分享了他对聚变能的乐观，他的办公室忽略了ITER自己的托卡马克外壳，一个仍在建设中的科幻般的结构。

生物学上、社会、经济上，“能量就是生命，”比戈特说。


工人们将排气管搬离会场。这些管道用于排出卡车排放的废气，这些卡车将大型部件运送到清洁设施。

比戈特说，当地球人口还不到10亿时，有足够的可再生能源来满足需求。

“现在不了。自从工业革命和随之而来的人口爆炸之后就没有了。所以我们接受了化石燃料，对我们的环境造成了很多危害。现在我们有80亿人口，正处于激烈的气候危机之中。”

他说:“我们别无选择，只能放弃目前的主要能源。”“最好的选择似乎是宇宙已经使用了数十亿年的方法。”

模仿太阳

核聚变能是通过将两个本质上相互排斥的粒子聚集在一起而产生的。在向托卡马克注入少量燃料后，巨大的磁铁被激活，产生等离子体，这是物质的第四种状态，有点像带电的气体或汤。

通过将托卡马克内部的温度提高到深不可测的水平，来自燃料的粒子被迫融合成一个。这个过程产生了氦和中子——它们的质量比组成它们的部件要轻。

消失的质量转化为巨大的能量。中子能够逃离等离子体，然后撞击托卡马克内壁的“毯子”，它们的动能以热的形式传递。这些热量可以用来加热水，产生蒸汽，推动涡轮机发电。

这一切都要求托卡马克能够储存大量热量。等离子体需要达到至少1.5亿摄氏度，比太阳核心的温度高10倍。这就引出了一个问题:地球上的任何东西是如何承受如此高的温度的?

这是几代聚变能源探索者成功克服的众多障碍之一。科学家和工程师们设计了巨大的磁铁来产生强大的磁场来保持热量。其他任何东西都会融化。



那些研究核聚变的人一直试图在他们的机器里做的，本质上是复制太阳。太阳是一个永久的核聚变工厂，由一个巨大的等离子体燃烧球组成。它每秒钟会把几百吨氢聚变成氦。

等离子体是宇宙99.9%的组成物质，包括恒星、太阳和所有星际物质。例如，在地球上，它被用于电视和霓虹灯，我们可以在闪电和极光中看到它。

ITER的几位专家说，尽管这听起来很棒，但产生聚变能本身并不是最难的部分。毕竟，自从氢弹发明以来，人类就一直在进行核聚变反应。主要的挑战是维持它。英国的托卡马克——被称为欧洲联合环面，简称JET——能保持核聚变能量5秒，但这只是该机器能维持的最长时间。它的磁铁是用铜做的，建于20世纪70年代。在这样的高温下超过五秒钟就会导致它们融化。

ITER使用的新型磁铁可以持续更长的时间，该项目旨在产生10倍的能源回报，50兆瓦的输入产生500兆瓦。


工人们正在组装四个极向磁场线圈中的一部分，它们将构成容纳等离子体所需的磁场笼的一部分。每一个直径在22米到24米之间。

但ITER的目标并不是将这些能量用于发电，而是证明它可以比JET维持聚变能的时间长得多。在这方面的成功意味着未来商业规模的机器可以开始产生核聚变。

太阳通过聚变氢原子产生氦，而JET项目使用了两种氢同位素氘和氚，ITER也将使用这两种同位素。就化学组成和反应而言，这些同位素的表现几乎与氢一样。

氘和氚都存在于自然界中。淡水和盐水中都含有大量的氘——从500毫升水中提取的氘，再加上一点氚，就可以为一户人家提供一年的电力。氚很稀有，但可以人工合成。目前，世界上只存在20公斤，每年的需求量不超过400克。但在800万比1的当量下，两种元素只需要少量就能产生大量的聚变能。

氚是一种异常昂贵的物质:目前一克氚价值约3万美元。一旦核聚变技术起飞，需求将飙升，这将给世界核聚变大师们带来又一个挑战。


施工过程中，工人对超导体进行预成型精密焊接。

一个由1000万部分组成的项目

从远处看，ITER似乎是一个准备就绪的项目。近距离观察，显然还有一段路要走。

这项工程横跨39个建筑工地，非常复杂。主要的工地是一个明显无菌的环境，在750吨起重机的帮助下，大量的部件正在就位。工人们已经组装好了托卡马克的外壳，但他们还在等待一些部件，包括一个来自俄罗斯的巨大磁铁，它将放在机器的顶部。

这些维度是令人震惊的。托卡马克最终重达23000吨。这是三座埃菲尔铁塔的总重量。它将由100万个部件组成，进一步细分为不少于1000万个更小的部件。

这个强大的庞然大物将被一些有史以来最大的磁铁包围。它们惊人的尺寸——有些直径高达24米——意味着它们太大以至于无法运输，必须在一个巨大的大厅里现场组装。

考虑到涉及到大量的部件，根本没有犯错的余地。

即使是这台巨大机器的数字设计，也要跨越占用超过2tb硬盘空间的3D电脑文件。这相当于你可以节省超过1.6亿个一页的Word文档。


真空容器的九个部分之一，不久将被吊到巨型起重机上进行组装。

战时核聚变

在数百名工作人员的背后，是来自世界各地的4500多家企业和1.5万名员工。

国际热核聚变实验反应堆由中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国等7个主要成员国合作。它看起来有点像联合国安理会，尽管已故的“偏执者”(Bigot)和其他一些人曾努力将地缘政治完全排除在ITER之外。

但是，随着俄罗斯试图以其在乌克兰的战争重新绘制欧洲版图，甚至挑战战后世界秩序，人们担心该国在ITER中的继续作用，也有同样多的人担心它可能被排除在外。

由于战争的影响，俄罗斯被排除在其他一些国际科学项目之外，但欧盟委员会(European Commission)在其制裁中明确将ITER列为例外。

部分原因在于，俄罗斯不仅与核聚变项目有着千丝万缕的联系，而且在历史上也与核聚变能源有着千丝万缕的联系。


框架下部的黑色平台是托卡马克综合设施，这是一个40万吨的建筑，汇集了托卡马克、诊断和氚建筑物。它后面的混凝土结构是诊断大楼。

各国在20世纪30年代开始寻求核聚变能源，并在数十年间建造了各种各样的机器。但事实证明，最成功的是苏联发明的托卡马克。1968年，苏联研究人员取得了巨大的核聚变突破——他们能够达到所需的高温，并将等离子体容纳一段持续的时间，这是以前从未做过的。

托卡马克成了复制的机器。甚至托卡马克这个词——“环形磁约束”的合成词——也来自俄语。

俄罗斯还为ITER项目提供了一些最关键的元素，是其主要资助者之一。例如，用于托卡马克顶部的磁铁是在圣彼得堡制造的，等待在那里，准备被送往法国，ITER的通信主管拉班·科布伦茨(Laban Coblentz)说。

他说，到目前为止，俄罗斯对该项目的参与没有任何改变。

“ITER实际上是冷战的产物，”科布伦茨说。“这是意识形态上不一致的国家经过深思熟虑的合作，它们只是拥有一个更美好未来的共同目标。”

他指出，自1985年ITER构想以来，7个主要成员国经历了多次紧张的事件。

“在俄罗斯最近的情况之前，这从未影响到合作精神。我认为可以毫不夸张地说，ITER是一个和平项目。”


在托卡马克坑内，一名工人测量一个被称为馈线短柱的圆柱形通道与低温恒温器底座之间的连接，低温恒温器底座有助于保持托卡马克的真空冷却。

但科布伦茨承认，乌克兰的战争是“前所未有的”，他无法预测这对俄罗斯在ITER的未来意味着什么——对于下一任总干事来说，这将是一个微妙的问题。毕戈的部分工作是协调七名主要成员，以及他们在处理各种政治、意识形态和经济问题上的不同观点。

在俄罗斯入侵乌克兰之前，当被问及管理这些分歧是否具有挑战性时，毕格特苦笑了一下。

“现在，这确实是一个不小的成就，”他说。

“但我们的共同承诺一如既往地坚定。我可以说，从我参与这个项目开始，日常的政治活动实际上对我们的努力没有任何影响。”

“每个合作伙伴似乎都很清楚，如果失误，很容易就意味着整个项目的终结。当然，这是一个巨大的责任。”


在60米高的大厅里，在ITER的加热、通风和空调系统后面的一个旋转楼梯。

地缘政治一直在ITER中发挥作用。仅仅是为它找到合适的地点就花费了数年的时间，还涉及10多年的技术研究、政治谈判和外交微调。2005年，在莫斯科的一次会议上，法国的Saint-Paul-lez-Durance终于成为了官方场地，一年后在巴黎签署了建设协议。

随着外交和技术的同步发展，建设开始了。2010年，地基已经打好，2014年，第一批施工机械启动。

时间不多了

ITER项目的规模和野心可能看起来很大，但它至少是对人类给地球造成的混乱做出的相应回应。自1973年以来，全球能源使用量增加了一倍多。到本世纪末，这个数字可能会增加两倍。排放到大气中的70%的二氧化碳是由人类的能源消耗产生的。我们消耗的80%的能源都来自化石燃料。

现在，地球正在迅速变暖，这导致更频繁和致命的热浪、引发饥荒的干旱、野火、洪水和海平面上升。随着整个生态系统达到临界点，越来越多的人类生命受到威胁，气候危机的影响越来越难以逆转。


一名焊工站在ITER低温恒温器底部的防护罩后面。

现在，全世界都在争相快速脱碳，并加快从燃烧地球的化石燃料向太阳能、风能和水电等可再生能源的转变。一些国家把希望寄托在核裂变能源上，核裂变能源是低碳能源，但也存在着较小但不容忽视的灾难风险、放射性废物的储存问题和高昂的成本。

但有一个严重的问题是，世界是否能以足够快的速度实现绿色转型，以避免灾难性的气候变化。

如果世界能及时掌握核聚变技术，那么核聚变技术将成为世界末日的英雄。

2010年，当已故物理学家斯蒂芬·霍金被《时代》杂志问及他希望在有生之年看到哪项科学发现时，他指出了这一过程。

他说:“我希望核聚变能成为一种实用的能源。”“它将提供取之不尽的能源，不会造成污染，也不会导致全球变暖。”


真空容器的一部分，真空容器是一个密封的钢制容器，它将容纳聚变反应，并作为第一安全屏障。

一个新时代

研究核聚变的专家们已经克服了巨大的挑战，包括毕戈特在内的许多人把自己的整个职业生涯都献给了核聚变，却从未看到它投入实际应用。

现在，商业企业正准备生产和销售核聚变能源，他们非常乐观地认为，这种未来能源可能在本世纪中叶实现。

但就像以往核聚变一样，当一个挑战被克服，另一个挑战似乎就会突然出现。氚的有限储量和价格是原因之一，因此ITER正试图自己生产。在这方面，前景并不糟糕。托卡马克内部的毯子将被锂覆盖，当逃逸的等离子中子到达它时，它们将与锂发生反应，产生更多的氚燃料。

对于大型项目来说，时间和金钱总是令人担忧的，但“大”甚至不足以形容ITER的规模，它确实是历史上世界上最大、最雄心勃勃的国际能源合作项目之一。

比戈特说，延误一天的费用约为100万欧元。

该项目不断增加的建设成本中，欧盟承担了45%。粗略估计，其他所有参与国的贡献都略高于9%。最初，整个工程预计耗资约60亿欧元(64亿美元)。目前，总额已经增加了两倍多，达到200亿欧元左右。


低温恒温器的一部分，用于测试极向场线圈。低温恒温器有助于限制等离子。

2001年的预测是，第一批等离子体将在2016年产生，这是另一个未能实现的目标。一些观察人士曾认为该项目已经夭折，但在比戈特掌舵后，该项目得到了精简，重新回到了正轨。科布伦茨说，比戈特是出了名的微观管理者，但这正是让这个复杂的项目有序进行所需要的。

科布伦茨说:“当你到这里时，他的车早上7点就在那里，经常会一直停到晚上9点或10点。”“所以你总是有这样的印象，没有任何细节太大或太小，他不会认真对待和参与。”

尽管在他的领导下，期望和最后期限也被修改得更加现实。现在预计第一个等离子体将在2025年进行，第一个氘-氚实验有望在2035年进行，尽管这些实验现在也在审查中——部分由于大流行和持续的供应链问题而推迟了。

然而，当世界上最大的项目之一在他的膝盖上落后于时间时，比戈特仍然对ITER的潜力充满热情和乐观，直到他咽下最后一口气。

“氢聚变比燃烧化石燃料的效率高一百万倍。我们在这里尝试做的事情实际上非常像在地球上创造一个小型的人造太阳。”“这个核聚变发电厂将一直运行。可以说，这个太阳永远不会落山。”


黄昏降临在法国圣保罗-莱斯-杜朗斯的ITER综合反应堆上。