青出於藍，鎢偏濾器為何取代碳偏濾器

國際熱核聚變實驗堆ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，整個被罩于一個大杜瓦中，坐落於底座上，構成實驗堆本體。其裝置中心是高溫氘氚等離子體環，其中存在15兆安的等離子體電流，核聚變反應功率達50萬千瓦，每秒釋放多達1020個高能中子。

等離子體環在遮罩包層的環型包套中，遮罩包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應所產生的所有中子。有學者提出，偏濾器主要作用是使等離子體與材料的相互作用在一分開的室中進行，將產生雜質的源與主等離子體分隔。這其中最關鍵的要求就是耐得住高溫。

有學者認為偏濾器的材料應具有三項基本功。一是能沉積到表面的熱量順利帶走並保證結構的安全可靠、減少應力；二是有給力的水冷結構能快迅將熱量帶走；三是能承受作用在偏濾器部件上的電磁載荷，並為真空室壁以及內線圈提供保護。這三點，不僅鎢能做到，還有用於航太科技的碳纖維材料也行，可為什麼科學家沒有選擇用碳纖維呢？

其實最早期，ITER用的就是碳纖維，從資料中瞭解到，ITER的首個偏濾器配備的是外層碳裝置，因為碳纖維複合材料的溶點也很高，熱抵抗性好、抗熱疲勞性也好，還能夠承受邊界局域模、如果發生爆炸進入等離子體，偏濾器為會溶化。然而，碳的真正問題在於，它很容易和氫氣發生反應。當研究人員準備採用真正的聚變燃料重氫時，碳塗層就會釋放出放射性，變得十分危險，核監管機構永遠不會考慮一個能夠吸收超重氫的偏濾器材料。

於是，研究人員將目光轉向了鎢，鎢是熔點最高的金屬：3410℃。在正常、穩定操作ITER的情況下，鎢能耐住高溫。但是缺點是，如何任何出乎意料的爆炸而產生的熱量可能熔化偏濾器，而鎢不像碳那樣能立即破壞等離子體，停止熔化。因此當第二階段當ITER宣佈改用鎢制偏濾器時，有不少國家的科學家持反對態度。

雖然有不同的意見，但各國的ITER還是逐漸接受了鎢偏濾器的設計。實踐證明，鎢偏濾器是可能勝任工作的。而且，鎢偏濾器最大的優點就是不產生輻射，如果ITER實驗出現問題，研究人員不用再顧忌輻射傷害，而大膽地去查找問題，並派出人員修復。而且未來，如果當聚變反應堆真正進入能源應用領域時，環保持續性和安全性應該是被關注最多的問題，日本福島核電站的前車之鑒就是一個慘痛的教訓。

一個一百萬千瓦電站需要50萬噸煤，核電站需要30噸核燃料。同樣級別熱核聚變電站僅需要100公斤重水和鋰。相比於目前的核電站，熱核聚變是非常安全的，因為聚變的產物只是氦氣。資源是無限的，同時又是清潔的，所以長期以來被科學家認為是未來人類終極能源。

2017年7月，經過多年研究，科研人員成功攻克了一批國際共性難題，在世界上首次實現了5000萬度等離子體，持續放電101.2秒的高約束運行，實現了從60秒到百秒量級的跨域。100秒只是製造終極能源專案的“一小步”，今後，還將對EAST繼續進行升級和優化。在EAST基礎上，我國自主概念的下一代核聚變裝置—中國聚變工程試驗堆（CFETR）已於也在緊鑼密鼓飛設計研究，未來中國將使用CFETR反應堆進行發電試驗， 這或許才是中國人自己創造的人造太陽神話。

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