装置 人工智能会让人类追寻“理想能源”梦想成真吗？
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▲ITER内的800吨真空容器组装工具（来源：ITER官网）
人类驾驭可持续核聚变的梦想持续了30年。
这个梦想何时能够实现，我们无法预期，但留给我们的时间真的不多了。人类对能源的需求正在耗尽地球资源，并有可能对地球造成无法修复的破坏。风能、太阳能和潮汐能虽然可以带来一些缓解，但这些能源都是有限且不可预测的。水力发电也可能对自然生态造成破坏，而核裂变会伴随反应堆熔毁、放射性废物危害等巨大风险。
但核聚变不同，它可以为我们提供几乎无限的能量，不会释放二氧化碳温室气体，也不会产生放射性废物。这正是人类梦寐以求的理想能量源。但长期以来的一个关键问题是：我们能将核聚变之梦变成现实吗？
经过几十年发展，已经有无数初创企业逐步参与到这个有望给他们带来巨大利润的市场机会中，各种创新方法、材料和技术也在不断激发人们的乐观情绪。如今，一个“新玩家”的加入，可能会改变现在的游戏规则，使我们对最终能够掌握曾经难以逾越的复杂核聚变技术充满信心。
或许，我们终于可以说，梦想即将成真——那就是人工智能。它将在未来30年里让科学技术迈入一个飞越发展的时期。
等离子体的“约束之战”
实现可控核聚变征途漫漫
核聚变是宇宙中分布最广泛的能源，也是最有效率的能源之一：只需几克燃料，经过核聚变反应后所释放出的能量，就相当于好几吨煤燃烧所生产的能量。如此巨大的能量来源于小到完全可以忽略不计的存在——一个原子的原子核。
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几十年来，核聚变超乎寻常的巨大潜力，让科学家们对开发核聚变技术保持着强烈兴趣。然而，在地球上实现核聚变困难无比，因为人们需要提供出一个极端高温和高压的条件，从而创建一个由裸原子核组成的“等离子体”。这既难以实现，也难以控制。
目前，最流行的方法是使用磁约束聚变装置。20世纪50年代早期的核聚变技术研究中，最受欢迎的设计是一种被称为“仿星器”的装置。这种呈甜甜圈扭曲状的仿星器装置可产生复杂的磁场，理论上可使带电荷的等离子体保持稳定。不过，那种扭曲形状太奇特，这导致仿星器装置实际上很难被制造出来。
到了20世纪70年代，核聚变研究者的兴趣转向了更简单的设计：一种被称为“托卡马克”的巨大空心环。在这个环中，被捕获的等离子体被加热到数亿度，而用来束缚住这种等离子体所需要的力，只能由冷却到接近绝对零度的强大超导磁体产生。于是，在这一装置中，形成了宇宙中已知的最为悬殊的冷热温度梯度。
磁约束装置多年来取得了一些成功进展。1997年，坐落于英国牛津附近的欧洲联合环形加速器（JET）创造了核聚变反应所产生能量的世界纪录：从24兆瓦的输入中，产生了16兆瓦的聚变能量。这是迄今为止最接近于“收支平衡”的一次核聚变实验，注入的能量接近于输出的能量，但遗憾的是，反应时间只持续了几百分之一秒。
有了这一次的成功，达到真正的“收支平衡”似乎已经在望。但JET的等离子体中出现了奇怪的不稳定性，这阻碍了计划的进一步进行。
现在，经过多年来对设计和材料的改进，JET的核聚变实验反应堆又回来了。据《自然》杂志报道，2020年12月，JET已开展关键聚变实验。今年6月，JET将再次尝试提高核聚变反应的产出功率。其目标一是打破其以往产生能量的记录，二是让核聚变反应持续更长时间。
与此同时，其他国家也在纷纷迎头赶上。2018年，中国的实验性先进超导托卡马克装置东方超环（EAST）在1500万℃的温度下，维持等离子体稳定运行达100秒，创下了迄今为止最长的等离子体约束时间纪录。而中国的聚变工程试验堆（CFETR）是继EAST之后的又一个托卡马克装置，其规模是EAST的三倍，预计将于本世纪20年代后期建成。
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▲中国实验性先进超导托卡马克装置东方超环（EAST）（新华社发）
在这场核聚变技术的研究开发竞争中，最具实力的是全球核聚变旗舰项目——国际热核聚变实验堆（ITER）。ITER于1985年由包括中国、美国、俄罗斯和欧盟在内的31个国家和地区合作发起建造，原本预计于2016年开始试验，但之后遇到一系列挑战，可能建设要持续到2025年。“ITER是个一流的设施，要完全运行起来还需要至少10年时间。”英国约克大学的霍华德·威尔逊说。
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