ITER：科学与建设的交汇点，未来在此交汇。

这是国际热核聚变实验堆（ITER）项目180公顷厂址的鸟瞰图。（图片：ITER）

然而，在此之前，必须完成一个庞大而复杂的建设项目，而且像大多数大型项目一样，该项目超出了预算并延期了。

该项目是国际热核聚变实验堆（ITER），位于法国东南部普罗旺斯地区。项目于2010年开工建设，原计划于2018年完工。但现在看来，该反应堆不太可能在2030年之前投入运行。

然而，ITER 的起源可以追溯到更久远的年代。鉴于当今的地缘政治形势，很难相信它是在 1986 年由美国总统罗纳德·里根和苏联总书记米哈伊尔·戈尔巴乔夫共同提出的。

两人表示，该项目应该“造福全人类”。如果该项目最终能够成功实现其目标，即投入50兆瓦的加热功率，获得10倍的功率回报（例如，50兆瓦的输入加热功率产生500兆瓦的聚变功率输出），那么它将证明聚变技术具有彻底改变全球能源格局的潜力。

今天 ITER

参观 ITER 项目与参观传统的核电站是截然不同的体验。

真正吸引你的不是那些新科学——尽管这些科学无疑处于最前沿——而是这个设施给人一种地球村的感觉。

这无疑是打破国界的一个例证。该设施的开放式办公室、走廊和餐厅里，来自世界各地的科学家们正热烈地讨论着核聚变能源输送的最佳实践和下一步计划。

此外，ITER占地面积巨大——占地180公顷——这让人很难相信它仅仅是一个实验设施。这里确实给人一种改变世界的感觉。

托卡马克

ITER现场将由一个名为SIMANN的联合体进行真空容器斜面修复，该联合体由意大利公司SIMIC和Ansaldo Nucleare组成。（图片来源：ITER）

ITER 的核心是托卡马克反应堆，它将进行与太阳中心相同的聚变反应。

该反应堆将使用极其巨大的磁体来约束过热旋转等离子体。

等离子体的温度将达到惊人的 1.5 亿摄氏度（至少是太阳温度的十倍），并且随着它的旋转，其中的氘原子和氚原子会相互碰撞，导致它们的原子核聚变在一起。

这种聚变产生的能量远远大于当今核反应堆中发生的原子裂变产生的能量。

核聚变的另一个优点是它比核裂变清洁得多，危险性也小得多。虽然该过程确实会产生放射性废物，但其危险半衰期仅为12.3年。

从安全角度来看，托卡马克内部的反应依赖于燃料的持续输入，因此如果由于某种原因停止供电，机器就会“关闭”。

当然，该项目的目的在于大规模地验证科学原理，只有完成这一目标后，才能开始着手将核聚变确立为未来切实可行的能源。

正如人们常说的，问题就在这里。

正如 ITER 的通讯官萨宾娜·格里菲斯所说：“在聚变中，尺寸很重要。你需要一定的体积；托卡马克装置中需要一定数量的分子和原子，才能发生足够的反应来产生大量的电和热。

“ITER项目必须证明我们能够以工业规模进行此类实验。”

简而言之，ITER 的目标是在一小时内产生 500MW 的热输出。

一旦实现这一目标，一场真正意义上的全球竞赛将会展开，旨在改变全球能源格局，并有可能帮助地球摆脱气候灾难的边缘。

并非总是一帆风顺

ITER 的架构特性意味着无需激发国际社会对核聚变的热情——已有 35 个国家在情感上（和经济上）投入其中。

遗憾的是，尽管 ITER 是一项巨大的全球合作，但其平等主义的体制有时可能会阻碍其发展。

例如，制衡机制的制定和批准都需要时间——尤其是在精密零部件由许多不同的国家制造的情况下。

新冠疫情期间，建筑过程的挑战在某种程度上暴露出来，因为向世界各地派遣科学家和工程师进行质量检查变得异常困难。

2022年末，有消息称，在新冠疫情期间制造的热屏蔽罩中发现了缺陷。这些屏蔽罩的作用是将超冷的超导磁体与托卡马克装置内部的超高温等离子体隔离开来。

计量学贯穿ITER机器组装的每一个环节，包括正在进行的关键部件维修工作。热屏蔽段的尺寸约为15米×10米，这是计量人员面临的挑战之一，他们必须从多个仪器位置进行激光观测。图片：ITER

在热力管道中发现了裂缝；这些裂缝非常小，必须使用 X 射线断层扫描技术才能识别，该技术是与瑞士 CERN 的研究工程师合作开发的。

最终，约有23公里长的管道不得不更换。ITER项目负责人警告说，后果“不容小觑”，而对ITER项目交付的全部影响目前尚不得而知。

在地球上建造太阳

好消息是，挑战和挫折在某种程度上也是 ITER 作为实验性反应堆的优势之一。

当时，ITER 总干事皮耶特罗·巴拉巴斯基表示：“我们在处理 ITER 首创部件方面所获得的知识，将在其他人启动自己的聚变项目时为他们提供帮助。”

公平地说，当一个项目涉及安装超过一百万个组件时，难免会遇到一两个小问题。

ITER 的通讯官萨宾娜·格里菲斯也曾多次解释为什么建造反应堆需要这么长时间。

她说：“这些都是独一无二的部件；以前没有人做过这样的事情。”

“我们实际上是在与大自然的力量作斗争，所以我们必须极其谨慎地对待每一件事。”

当然，除了确保 ITER 成功所需的细致入微之外，任何此类跨国项目都会面临后勤问题。

来自世界各地的各种组件不断运抵 ITER——格里菲斯特别描述了一个必须极其小心处理的组件。

“中央螺线管，也就是机器中心的大磁铁，将由六个模块组成；其中三个已经到位，另外三个还在制作中，”她说。

“超导体来自日本；它将被运往圣地亚哥的通用原子公司，由他们将其制成磁体。”

格里菲斯总结道：“这将是人类有史以来建造的最强磁铁，其磁场强度超过12特斯拉。”

“它储存的能量足以吊起两艘航空母舰……应该非常小心地用螺栓连接起来。”

对于不熟悉情况的人来说，这听起来可能有点轻描淡写了。

更高水平的精度

负责监督 ITER 大部分“组装”工作的工程师之一是劳拉·纳瓦罗。

自从她加入这个项目以来——大约在新冠疫情封锁开始席卷欧洲前 3 个月——她说，建筑行业的学习曲线非常陡峭，这还算是轻描淡写了。

“有时我们需要将一个庞大的部件放置在小于 1 厘米的位置，”她说。“这些都需要计量，而 ITER 拥有很多计量专家。”

“因此，物体在空间中的定位非常精确，需要大量的技术才能将所有东西整合起来。”

正如格里菲斯所说，ITER的建造过程中包含许多前所未见的部件。这些部件不仅体积庞大、重量沉重，而且重心位置也非同寻常，因此会带来独特的吊装和搬运挑战。

纳瓦罗说：“我们在托卡马克装置中安装的最大单个部件是 2020 年的一台升降机……它重达 1250 吨，是一体式的。

“我们在装配车间里有1500吨的巨型桥式起重机。这些起重机负责吊装和运输最大的部件。”

“我们第一次使用带有实际部件的起重机时学到了很多东西……关于它的性能，包括精度和速度，以及一次吊装作业的标准持续时间。

“第一次吊装实际上总共花了 20 个小时，所以它极大地帮助我们了解了起重机的反应方式。

工作所需的工具

“扇形模块的吊装虽然重量不大，但却至关重要，这也非常有趣，因为组件上有两个重心，所以需要能够监测两个壳体之间的间隙并将它们整合起来。

“当然，每次学习都是如此。”

纳瓦罗补充道：“我们和承包商已经开发出专门用于ITER建造的工具。事实上，我们拥有的专用工具比用于组装托卡马克装置的常规工具还要多。”

纳瓦罗将这台机器描述为“就像巨大的乐高积木”，以此来淡化将巨大的部件精确移动到指定位置所面临的工程挑战。

“我们有很多 3D 建模工具可以向我们展示如何组装它，”她说。

“我们使用激光扫描仪来帮助定位目标，我们还有传感器来测量间隙。”

不过她补充道：“拥有一个色彩鲜艳的 3D 视频固然不错，但当你看到现实中的组件并需要移动它们时，情况就完全不同了。

“有时候，实践经验更为重要——有时候，只要有一条垂直的线，再加上重力作用就足够了。”

令人欣慰的是，即使人类试图建造一个新的太阳，也仍然需要一根铅垂线。

我们只能希望 ITER 的建设道路上不再出现重大障碍，并最终证明聚变发电的科学性。

它将成为首个产生的热量超过输入热量的反应堆，并可能在未来数千年甚至数百万年内引领安全、清洁能源的发展方向。

ITER 出席 2024 年建筑技术峰会 核工程师劳拉·纳瓦罗。照片：ITER 本文中引用的核工程师劳拉·纳瓦罗 (Laure Navarro) 将在 3 月 19 日于德克萨斯州奥斯汀举行的建筑技术峰会上发表演讲。 她将就 ITER 正在进行的科学研究以及用于在该设施安装超过一百万个组件的尖端建造技术发表看法。 如需注册参加本次活动，请访问www.ct-summit.com

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