一场科学家的“造星运动”
W7-x仿星器
一场科学家的“造星运动”全世界科学家都在等待那一刻。
上百条高强激光束同时“开箭”，射向一个由氘和氚两种氢原子组成的“燃料球”靶件。
“中箭”的靶件将瞬间达到上亿摄氏度的高温，引发氘和氚初始的聚变反应，产生热能会维持接下来的链式反应。
如同烧柴一样，火点着了，柴就会自行燃烧下去。
这场备受期待的“燃烧”可不是谁家的锅炉灶台，而是一台代号为“W7-x”的“仿星器”（Stellarator）。
作为核聚变反应研究设备，它更为人知的名字是“人造太阳”。太阳的光和热都从热核聚变反应而来，如果人类效仿这个原理，制造一个“可控”的“太阳”，就有望为解决地球能源危机找到新的出路。
此刻，W7-x正待在德国马克斯·普朗克研究所（简称“马普所”）的大型实验室里，一边接受最后的检测，一边等待德国核能源管理部门批准它的下一步行动。
如果一切顺利的话，就在本月内，它将成为核聚变能量可控使用研究领域的一颗新星，照亮人类的能源出路。
这个身价10亿欧元的“高富帅”能耐得住1.5亿摄氏度高温
在德国东北部城市格赖夫斯瓦尔德，W7-x静静趴在实验室一角。
它高3.5米、宽约16米，看起来像个扭来扭去的大圆环，银色的表面坑坑洼洼，布满大小不一、各种形状的元器件。
这位“高富帅”身价10亿欧元，内部有20个平面磁线圈和50个非平面磁线圈。
马普所的工作人员投入了19年、110万个工时，到2014年5月才完成了它的建设。超级计算机给它用上了有史以来最复杂的工程模型之一，连焊接都由激光扫描检测，组装精度达到毫米级。
费这么老大劲，是因为W7-x必须扛住极高的温度和极大的压力，这些正是核聚变反应条件。
核聚变原理并不复杂：当两个质量较轻的原子核聚合为一个较重的新原子核时，大量电子和中子能够逃离原子核的束缚，带来巨大能量。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变。
实现这个原理则需要高温与高压，才能让两个原子核相互吸引而碰撞。
这活儿太阳自个儿就能搞定。它的中心温度高达2000万摄氏度，自身重力强大，能形成高压状态，使核聚变得以发生并持续。可要在地球上模拟太阳，由于引力太小、压力不够，核聚变需要在超过1亿摄氏度的温度下才能进行。
在这个温度下，任何固体材料都将被熔毁，但超导磁线圈会用磁场形成“笼子”，让可怕的“猛兽”——高温等离子体在有限体积内运行，完全不与“人造太阳”的腔壁接触。根据设计方案，W7-x能耐得住1.5亿摄氏度高温，长达30分钟。
身为目前全世界最大、“版本”最新的仿星器，W7-x被研究人员寄予厚望——实现核聚变能量的可控使用。
人类对于核聚变能量的使用，是从“不可控”开始的。
第二次世界大战期间，美苏加快对核武器的研制。1945年爆炸的首颗原子弹采用了核裂变原理，不到10年，应用核聚变的第一颗氢弹也爆炸了。
这种能量的瞬间释放会造成极大的破坏，只能应用于战争。让核能释放长期、持续、安全、和平地进行，关键就在于核反应的可控性。
直到1985年冷战末期，美苏元首才共同发表一份不包含任何实际承诺的联合声明，结尾表示“在核聚变能方面进行最广泛的切实可行的国际合作”，用核聚变为人类造福。
核裂变的可控性在“曼哈顿计划”时代已经解决。1954年，苏联就建成了第一个核电站。
而从不可控的氢弹爆炸到可控的核聚变能源利用，注定要走一条很漫长的道路。
核聚变产生的能量远在化石能源与核裂变反应之上，且清洁安全
“核聚变让人着迷。”为“国际热核实验反应堆”项目协调奔走多年的韩国科学家李秀景说，“就像中世纪的人们追寻炼金术一般，它是能源研究的‘圣杯’。”
地球上的能源危机早已出现。人口增加、工业发展等压力使能源消耗更加迅速。几乎所有国家的发展都依赖煤、石油、天然气等化石能源，而其燃烧引发的温室效应、酸雨现象又对人类生存环境造成严重破坏。经过长期开采，化石资源日趋枯竭。
人们拼命寻找替代能源，并越来越重视核能的应用。当前，核电站或核能发电厂的能量来源是核裂变，其能量产生过程与核聚变相反。1千克铀-238全部核裂变将产生2万兆瓦小时的能量，与燃烧至少200万千克煤释放的能量一样多。
但核裂变利用有几个弊病——原料稀有、资源有限；产生放射性元素、废料无法安全处理；最可怕的就是可能产生核泄漏。不少国家现在已经着手限制和缩减核电站。
前美国能源部首席科学家雷蒙德·奥巴赫曾表示，自己对世界未来的能源需求感到惊恐：“从哪儿弄这么多能源？”
在研究者眼中，核聚变是满足世界能源需求的唯一希望，是一颗能源新星。
据计算，1千克氢燃料经过聚变反应，至少可以抵得上4千克铀燃料或1000万千克优质煤燃料。
比起稀少的核裂变原料，每升海水中就含有0.03克氘，总计45万亿吨。它们都聚变的话，能保证人类上百亿年的能源消耗。
无论反应前后，核聚变需要的和产生的都是无害元素，清洁安全。氘的提取方法也比较简便，成本较低。
“核聚变不会释放二氧化碳，基本上取之不尽用之不竭，还不会对环境造成影响……你还能找到比它强的吗？”雷蒙德·奥巴赫说。
只要将氘、氚原子注入反应堆密封装置，再进行“点火”，经过一段时间，核聚变产生的温度就足够令原子核继续发生聚变。在这个过程中，只要氦原子核和中子被及时排除，输入新的氘氚混合气，核聚变就能持续下去。产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，大部分可以输出，作为能源来使用。
这幅和谐的画面始终吸引着各国科学家。尽管质疑者们常常开玩笑说，这项奇迹永远都是“还要再等30年”，但支持者们坚信，人类离这样一个清洁而且几乎是无限的能源已经越来越近。
在艰难的准备工作后，“人造太阳”终于完美通过检测，等待点火
在近乎完美的理论架构之下，可控核聚变的实际研究进程经历了难以想象的坎坷艰难。在得到世人瞩目之前，W7-x的星路并不平坦。
目前，最常见的核聚变反应堆设备并不是W7-x所代表的仿星体，而是与它十分相似的兄弟——托卡马克（Tokamak），同属“国际热核实验反应堆”项目。
项目设立之初，美国、苏联、日本和欧洲共同参与，体量庞大，运用了当时最先进的技术。在之后的几十年里，尽管成本翻倍、设备制造协作不畅、完工日期一拖再拖，但科学家们还是往前走了一大截。
然而，比起W7-x，托卡马克装置设计存在一些安全风险，有可能释放强大的磁场力击毁整个反应堆。这样的缺陷即使在最新露脸的类球形托卡马克设计中依然存在。
有人认为，托卡马克能够检验核聚变是否可行，但它不能证明核聚变是否可以商业化运行。它在实验中运行良好，但电站需要的是简单、易维护。英国原子能管理局首席执行官史蒂文·考利就曾表示，“无法想象一台到处叮叮咣咣的机器怎么能日复一日稳定工作。”
在科学家们为托卡马克的瓶颈发愁时，仿星体W7-x以一匹黑马的姿态出现在人们的视野中。
首个仿星器于1951年在普林斯顿大学建造，从根本上避免了托卡马克的问题：磁场完全来自外部线圈，没有会突然中断的等离子体电流。但受限于当时的技术，仿星器对粒子的有效约束远不如托卡马克。因此，从上世纪70年代开始，大多数核聚变研究都聚焦于后者。
2014年5月，在经历了险遭取消、预算上调等重重波折后，W7-x宣告完工。作为一颗“优化升级”的“新星”，从理论上讲，它可以在增添安全性和稳定性的基础上，达到前辈所具有的一切性能表现。
在过去一年内，这颗“小太阳”在各种调试检测中都表现良好。今年7月，它还早于原计划进行了磁场的电子束测试。负责这项工作的马普所科学家表示，一切完美而精确。
真正的最终检验是点火那一刻。科学家们期待，这颗新星的“燃烧”能照亮他们未来的研究进程。
在探索核聚变可控的道路上，这个万众瞩目的时刻也注定只是一簇火花。未来，它还要满足人们“民用化、小型化和经济型”的期待。
有人说，几十年来的尝试充分说明核聚变是一条死胡同，付出心血的科学家们却依然坚定。
“我是搞技术的，只关注技术方面的事情，只考虑需要做些什么让它在未来发挥作用。我不会去说花了几十年才走到这一步。”斯蒂文·考利说，“要知道，人类整整用了3000年才会飞。”
□据《中国青年报》
