魔咒丨核聚变能源应用距离成功永远有50年
曾经有一个美丽的画面摆在我们的面前，未来的某个时间，小汽车的驱动力来自核聚变反应，每个车里装上一个小型核反应堆，那样它就可以不知疲倦的行驶啦。政府再也不用操心雾霾的问题，中东也不会因为争夺石油开采权打架，什么碳排放问题也不足以称之为问题，不过因为石油发家的国家该着急了。能源成本问题解决了，社会生产成本将大幅度下降，人们的生活质量也将大幅度提升，不敢想象，那将是一个怎样的时代？不过也有人问，如果发生交通事故怎么办，后果是不是会惨不忍睹？这是一个好问题！不过，那是更遥远的问题。
说到遥远，在科技界，如果谈核能的成功，有一个非常著名的说法“核聚变能源应用距离成功永远有50年”。这句话第一次被说出来大概是在上个世纪50年代，然后每次重新修订研究计划，大家都会再重新说一次。说来说去，50年似乎已经不再像是一个具体的数字，而和中国古文中的数字相似，指代很多年，或者指代不久的将来。但是不论怎样，人们对于能够用上聚变能的信心始终不曾改变。这不是吹出去的牛，跪着也要实现，而是科学的路上，总是各种险阻，成功的路，从来都不是一蹴而就。科学家的韧性和顽强再次得到了完美的体现。
从理论上来讲，核聚变反应方程特别的简单。根据爱因斯坦的质能转换方程，当两个轻的原子核结合成一个较重的原子核，将释放出巨大的能量。在所有的聚变反应中，最容易实现聚变反应的元素位于元素周期表第一位，是氢的同位素氘和氚（D-T）。其他元素之间也可以实现聚变反应，不过氘氚反应要求的条件更低。这个反应释放的能量会有多大呢，理论计算结果是每千克氘氚混合燃料产生的能量为338E6 MJ。网络上有一道选择题，氘、氚聚变能是铀-235裂变能释放的多少倍？
从实际的情况来看，聚变和裂变不仅仅是产生能量多少的差别，还有反应物来源和反应后产物的差别。聚变的原料可以来自海水的分解，而裂变反应的来源为铀235、钚，水储量丰富且分解简易，铀-235需要经历矿山开采以及浓缩过程。从反应产物来看，聚变反应得到He和中子，裂变的反应产物叫作核废料，具有放射性，需要储存在特殊装置里，然后再掩埋在特定的洞穴里，至少要保证十万年内的安全性。这里面还没有考虑核事故的后果。切尔诺贝利和福岛核电站事故已经让人谈核色变，不想直面。
当聚变反应的应用之路还处于上下求索不知道未来哪个50年能够实现，裂变反应早已经进入工业化生产，并且为人类服务。相比较而言，也许这就所谓容易的，总是有些瑕疵。但没有更好的之前，有总是比没有好。不过，这并不妨碍我们去探索更好的。也许这就是即便人们并不能预测聚变能什么时候能够真的走向应用，但仍在不断努力探索的原因之一吧。
其实，聚变反应已经在造福世间万物，而且这个世界的运转也是依赖于她，那就是太阳。太阳中无时不刻不在发生聚变反应，释放热量，传递到地球，给人类带来光明和温暖，滋养万物生长。我们想做的，不过是想在地球上造一个小太阳。
数学之美，讲究简单的，才是美丽的。质能方程是简单的，聚变能是美丽的，但是人们追求聚变能的过程却一点都不美丽。一次次，科学家们满怀希望而去，一次次又被聚变的复杂性打败，从最初简单而美丽的仿星器到如今价值几座城池的托卡马克，其目的不过是给聚变反应找一个容器。相对于激光聚变装置几个足球场大小的庞大激光器，真正发生聚变反应的靶丸不过是一个半径约3毫米的球。为了在地球上造个太阳，如果用破万贯家财，操碎了心来形容，一点都不为过。目前我们期待能够通过磁约束聚变和惯性光约束聚变两种方式实现聚变反应，分别对应前面所述的两种装置，托卡马克和大型激光器。
兜了一个大圈子，现在磁约束聚变科学面临的问题是，随着科学家们研究的深入，发现“囚禁”在容器里的那团可以发出太阳般能量的等离子体“浆糊”的物理现象超总是不断的超出人们已有经验范畴，所谓道高一尺，魔高一丈，而且还有水涨船高的趋势。例如，研究初始阶段发现电流增加后等离子体的行为会越发失控，如撞击容器壁产生损失，重新设计一个新的装置后，虽然可以解决旧有问题，但随着实验推进又会发现新的状况，如发现等离子体电流会产生扭曲不稳定性，这样又需要再找到一个能够有效约束电流行为的办法，科学家最后想到用磁场约束的办法。遥想这个实验的灵感不过是一次雷电后被压缩变形的金属管，如今却是一个如吞金兽一样的庞然大物，实在不在人们的预想范围之内。在核聚变的研究路上，科学家和游戏玩家类似，一路升级打怪，大概请出孙悟空也得啧啧称“难”吧。不过，游戏升级是不是更让人上头。 而惯性约束聚变面临的问题是，科学家们还走在畅想和尝试的路上，不过我们最近在激光器和靶丸的研制，点火方式的选择上已经有了长足的进步，鉴于美国点火计划一拖再拖，中国很可能走在世界的前沿。
同作为冷战时期的重要科学工程，无论是美国还是当时的苏联，航天工程均取得了巨大的成果，而聚变科学，却走过了一段漫长动荡之旅，起初是各自关起门来干，千万不能让外人知道我们干的怎么样，到后来干不下去了，后来开始试探性的互通有无，发现好像大家都走在奔向理想的路上，谁也没比谁强多少，也没有比谁差多少。看看前方的路，依然不知道终点会在哪里，摸摸钱包，国家的支持一再减少，不忍放弃理想信念的科学家们狠下一条心，打算联合开展聚变科学研究项目，于是诞生了著名的国际热核聚变实验堆计划，简称ITER。这ITER项目，不单费钱，涉及的国家也多，人多干起活效率就难保证，说来话长稍后细表。
始发于20世纪50年代的聚变科学研究，已经走过70年的历程，中间经历了什么，有哪些经验和教训，以及好玩的故事，希望能够分享给大家。
有人说，50年是个魔咒，但偏有不信邪的中国科学家，他们中有人说，“人造太阳”“永远还需50年”的魔咒会被打破，预计ITER计划一旦达到其既定目标，有望在本世纪中叶实现聚变能的利用。让我们拭目以待。
猜猜看：
下面两幅图，一个是磁约束聚变装置，一个是惯性约束聚变装置，能分辨出来么？
