核聚变技术从未取得真正意义上的突破，科学家20年内走进现实？

　　核聚变技术引人注目，被认为是人类能源问题的终极解决方案，但在过去的50年里，科学家们并没有取得真正意义上的突破。这种情况会改变吗？
　　如果你曾经关注过核聚变相关的内容，你可能会对核聚变有所了解。核聚变是两个质量较轻的原子合二为一，同时释放大量能量的过程。太阳和其他恒星都是通过核聚变发出光和热的。如果能在地球上＂复制＂这一过程，将会产生大量的能源，而且这种能源是清洁环保的。
　　回看过去的报道你会发现，尽管研究人员已经努力了50多年，核聚变发电站却还没有产生过一度电。曾经还有关于核聚变的一些笑谈：过去的50年里，不管你在哪一年问科学家，核聚变技术多久可以实现？他们的回答都出奇地一致＂20年＂。
　　然而，不要以为核聚变技术还像以前那么遥远。最近核聚变技术进步显著，首先，科学家对核聚变本身有了更深入的研究和认识；其次，技术上也有了实质性的突破。最重要的是人们对核聚变那前所未有的重视。
　　在过去10年里，人们已经清楚地意识到，人类的未来需要核聚变。
　　推动人们改变观念的主要因素有两个：气候变化和能源安全。对于气候变化，核聚变可以提供丰富的清洁能源，也可以跟太阳能、风能等其他可再生能源结合使用。至于能源安全，虽然已经讨论了很长时间，但能源需求的快速扩张只是最近几年才发生的。一旦化石能源耗尽，我们就必须依赖核聚变能源。
　　在英国，核聚变技术的主要研究机构是卡拉姆聚变能研究中心，这里有一台长期运行的实验性核聚变反应装置——欧洲联合环状反应堆（缩写为JET）。这是一台托卡马克装置，看起来像一个甜甜圈，直径约5米。＂托卡马克＂这个名字来源于一个俄语单词，意思是带有磁场的环形容器。JET从1983年开始运行，通过该装置，科学家们在核聚变研究方面取得了很多进展，解决了很多工程难题。
　　ITER的托卡马克反应堆正在法国建造。建造ITER
　　太阳是离地球最近的天然核聚变反应堆。太阳内部，温度会飙升到1500万℃左右，压力和密度也会大到超乎想象。在这样的条件下，核聚变反应会持续发生：氢原子融合在一起，形成普通的氦原子。
　　然而，人造核聚变反应堆无法复制太阳内部的压力和密度条件。例如在JET内部，气体的密度与反应堆外部的普通大气的密度相当。那么，反应堆内的温度必须超过1亿℃才能启动核聚变。在这样的温度条件下，气体中的原子会发生电离，形成等离子体。此时，就可以用磁场来约束它们。
　　在反应堆中，磁场非常重要，因为任何材料一旦接触到温度超过1亿℃的等离子体都会熔毁，所以只能通过磁场来约束等离子体，防止等离子体接触反应堆壁。同时，磁场可以加速等离子体的流动，为核聚变创造条件。
　　JET的意义在于，它证明了自己是一个氘-氚核反应堆。
　　氘和氚是氢的同位素。通过JET，科学家们已经清楚地知道，氘和氚可以用作核聚变反应的燃料。现在，科学家的工作已经告一段落，工程师上台了。为了设计一个实用的反应堆，除了自身运转所需的能量外，还得生产更多的能量。这就是国际热核聚变反应堆(缩写为ITER)的来历。
　　ITER的主体也是一个托卡马克装置，比JET大一倍。目前，ITER正在法国南部建造，由多个国家共同出资。ITER的主体可能在今年完工，但要等到一些辅助设备完工后才能投入运行——预计在2025年。在运行的前10年，科学家将逐步提高反应堆的运行功率，最终使其满负荷运行。科学家估计，ITER最终可以输出超过启动核聚变所需能量的10倍。
　　除了ITER，英国还计划建造一个反应堆，称为＂球形托卡马克能源生产聚变反应堆＂(缩写为STEP)，这将是世界上第一台原型核聚变发电站。今年年底，英国将确定这台反应堆的建造地点。
　　RACE正在测试的大型机械臂，类似于核聚变反应堆中使用的机械臂。核聚变技术创新园区
　　目前，商用核聚变发电站的建造不仅是一个科学挑战，也是一个重大的工程难题。因此，在过去的几年里，一些民营企业开始涉足核聚变领域，希望能够自主研发核聚变技术。
　　20年前，只有科研机构才能从事核聚变研究。但今天，全球范围内至少有25家私营企业在开展核聚变研究，它们获得了大量投资。为此，卡拉姆聚变能研究中心正在筹备核聚变技术创新园区。
　　该园区将于今年年底正式成立，目前正在邀请对核聚变技术感兴趣的企业入驻。这些创业公司可以在JET附近设立办公室，这样可以聚集更多的专业人士，促进行业交流。但是，这是一种新的工作模式，还得在实际工作中检验效果。
　　最著名的创新园区是硅谷，在那里，所有的客户和合作伙伴都在附近。这样，一切都方便多了。
　　英国的哈威尔科学与创新园区也很有名。大约10年前，园区内只有几家公司。现在已经有100多家航空公司在那里工作。说起私人航空公司，最著名的是埃隆·马斯克的太空探索技术公司（SpaceX）——发射火箭和宇宙飞船，往返于国际空间站和地球之间，运送宇航员已经成为SpaceX的常规工作。其实，这就是这个新成立的核聚变技术创新园区想要模仿和赶超的榜样。
　　在入驻园区的企业中，有两家取得了进展。最近，托卡马克能源公司使用一台直径约一米的反应堆，让等离子体达到核聚变反应所必需的温度；First Light Fusion公司使用了一种与托卡马克装置不同的方法（未公步），首次实现了核聚变反应。
　　创新园区不仅想吸引开发反应堆的公司，还想吸引更多的公司为反应堆的开发和建设提供支持和服务，比如开发机器人和人工智能技术的公司。
　　MASCOT机械臂可以像蛇一样摸索到JET的托卡马克装置中，然后执行维修和维护任务。远程操控机械臂维护反应堆
　　在创新园区中，有一个名为＂环境挑战远程应用创新中心＂(缩写为RACE)的机构。一个巨大的机械臂正在RACE接受测试。核聚变反应堆一旦投入运行，人类就无法进入反应堆了。这是因为氘-氚核聚变反应会释放出大量的中子和能量，会产生强烈的短时辐射。因此，需要机器人来代替人类做一些工作。
　　现在，机器人技术已经应用到JET中。JET有一台装有两只＂手＂的机械臂，叫做MASCOT，长12米，由一组技术人员遥控。这个机械臂可以蜿蜒进入JET的核聚变反应堆，更换零件或拧紧螺钉。为了控制机械臂，技术人员都接受了高强度的训练。尽管如此，控制机械臂仍然不容易。因此，未来在ITER使用的机械臂需要更加灵活和高效。
　　在核反应堆的高辐射环境中，电子元件可能会出现故障。因此，为了搞清楚机械臂在高辐射环境下的工作状况，科学家们给正在进行测试的机械臂穿上了一套＂新装＂，这套＂新装＂由众多小球组成，小球上面标注了摄像机要精确拍摄和检测的部位。
　　当机械手被重物挤压或被移动物体碰撞时，小球的分布模式会发生轻微改变。摄像机会记录下这些变化，然后通过电脑，将检测到的信息转化成机械臂的＂疼痛分布图＂，显示机械臂的工作状况。这样，工程师就可以知道机器臂上的哪些传感器容易损坏，然后调整传感器的位置。
　　另一个好处是，工程师可以算出机械臂什么时候会达到极限运行状态，从而在不损伤机械臂的情况下发挥其最大效能。机器人已经在很多地方得到了应用，不仅仅是在核聚变领域，还有各种危险的环境。当然，不同环境下使用的机器人看起来差别很大，但设计原理几乎是一样的。
　　亚历克斯·米金斯(左)和马休·卡尔正在讨论人工智能问题，他们想把人工智能技术应用到核聚变反应堆中。把AI融入机器人中
　　如果将人工智能技术融入到机器人中，机器人将更加敏捷和自动化。Luffy AI公司也是一家入驻卡拉姆核聚变技术创新园区的公司，由英国数据科学家马修·卡尔和亚历克斯·米金斯创立。在创办公司之前，他们在卡拉姆聚变能研究中心工作，负责分析另一个反应堆——兆安培球形托卡马克(缩写为MAST)的数据。在工作中，卡尔和米金斯意识到，需要人工智能来控制核聚变反应堆中的反应条件，但现有的人工智能技术并不适合。虽然人工智能看起来特别强大，比如人脸识别，但是在操控机器人和反应堆方面并没有取得特别重要的进展。
　　在分析了反应堆的问题后，卡尔和米金斯发现，根本问题在于传统的人工智能系统一旦被训练完成，就不再学习。当它们遇到紧急突发情况时，它们会不知所措。
　　为了解决这个问题，卡尔和米金斯为机器编写了程序，使它们具有神经可塑性。人类就有神经可塑性，所以我们可以让自己的行为适应环境，机器也可以。目前，他们正在训练无人机，以便当其中一个旋翼出现故障时，它们可以自我调整。
　　有了更先进的人工智能技术，核聚变反应堆的控制系统也许能够根据等离子体状态的快速变化随时进行调整，使核聚变反应尽可能保持最高的效率。令人兴奋的是，这可能比我们想象的更快实现。
　　如果一切顺利，从这个时间点开始，核聚变将不再是20年后的事，而是很快成为现实。