嘉 宾：霍裕平院士

策 划：李存富 中国科学院网站总编

主持人：潘 锋 科学时报主任记者

嘉宾简介：

物理学家。湖北黄冈人。1959年毕业于北京大学物理系。郑州大学教授。长期从事理论物理研究工作，重要论文有《稀土离子对铁磁共振的影响》、《用光学方法实现一般线性变换》、《等离子体的静态稳定性》等，并发表专著《非平衡态统计物理》。自1982年起，任中国科学院等离子体物理研究所所长与合肥分院院长，长期领导中科院核聚变研究工作，并参与领导国家的核聚变研究。领导和组织了我国大型超导托克马克ht-7的建设，并是国家重大科学工程ht-7u计划的主要建议者。国家973计划专家顾问组成员，中国计划首席科学家。1993年当选为中国科学院院士。

主持人：不久前，参加国际热核聚变实验反应堆计划（简称国际热核计划，英文缩写ＩＴＥＲ）的欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度的７方代表11月21日在法国总统府正式签署了联合实验协定及相关文件，全面启动了世界瞩目的人类开发新能源的宏伟计划。请您简单介绍一下当时的情况。（不知霍裕平院士是否参加了在法国举行的签约仪式？）国际热核聚变实验反应堆的原理类似太阳发光发热，即在上亿摄氏度的超高温条件下，利用氢的同位素，氘、氚的聚变反应释放出核能。核聚变燃料氘和氚可以从海水中提取，核聚变反应不产生温室气体及核废料。由于原料取之不尽，以及不会危害环境，核聚变能源成为未来人类新能源的希望所在。国际热核聚变实验反应堆计划由占世界人口一半左右的7个伙伴决定联合起来，组成一个伟大的科学团队，这是人类历史上的一个创举。

嘉宾：我很有幸能够参加这样一个重大的签字仪式，国际协定的签字仪式，因为iter计划应该说是在人类科学发展史上，也是非常重要的，这是第一个由七个国家以平等的身份组成的这么一个大的科学计划，而这个科学计划的目标，是为了彻底的解决人类能源的需求，这样一个比较宏伟的目标。由这些国家政治立场有所不同，各方面有所不同，但是大家都认识到这个问题的重要性，所以大家通过协商了以后，就合作，协商最后达成了一致的协议，建立了那么一个组织。这样一个签字仪式，是在法国的巴黎爱丽舍宫，而这个协议的主持人就是法国的总统希拉克，致开幕词。回过头来说这个iter计划，是得到了这七个成员国家的都是最高领导的关心和支持，我们国家胡锦涛同志也多次对这个计划有所指示，其他的美国参加iter计划是由美国布什总统亲自宣布的，这样一个计划参加签字的基本上是各个国家相应的部门领导。我想值得特别提到的是，我们国家的代表徐冠华同志，科技部部长徐冠华同志，在签字仪式上，是第一个被邀请发言的，他谈到了我们国家为什么参加iter计划，然后我们国家对我们世界能源的考虑，以及我们国家现在强调发展科学技术的基本立场，这个讲话受到了会议的欢迎，而且在会后，在讲话以后，希拉克总统专门就中国重视科学和技术的发展讲了一段热情洋溢的话，然后才去请的第二位韩国的副总理讲话，这点我感觉印象是非常深的，而且也说明我们国家现在在世界上，特别在科技界的一种被人重视的地位，当然并不是说我们国家的科技已经发展的达到了都是最前沿或者是什么，但是至少我们这么一个大国，我们科学技术上的这些努力，包括体现在我们参加iter计划这上面，是受到了国际上非常大的重视，应该说是赞扬。

主持人：多国合作联合实施iter计划的目的是什么？（当前的能源形势；通过大规模利用聚变能，来解决人类未来的能源问题等）

嘉宾：我想总的目的应该是世界上核聚变研究发展到这个阶段，一个重要的转折，这个转折是从原来的科学研究转到科学工程可行性的验证，所以简单讲iter计划是要建一个聚变实验堆，而这个聚变实验堆的目标，是要检验聚变，将来和平利用聚变能的科学和工程的可行性。所以如果说这个iter计划能够取得成功，这个成功不光是建立iter这个装置，而是在iter预定的一些工作能够顺利完成的话，那么下面一步将是建造一个示范聚变堆，人们第一次用聚变发电的一个反应堆，示范堆的顺利有可能导致核聚变能的商业化，应该说这是一个非常重要的聚变能的一个重要的转折和一个重要的步骤。当然也存在一定的风险，正是由于这样，所以各个国家才最后商量，共同承担风险，来开发这么一个计划，我想这是反映了人类对于解决自己未来问题的关注，这个反映到政府的各个层次，是最后才出现各个国家都能够一致的达成这么一个协议。

主持人：我看这里面有一些发达国家，发展中国家，但是还有好多都没有，为什么只选择这么几个国家？

嘉宾：他是这样的，七方有六方是国家，另一方是欧盟，欧盟代表现在所有欧盟的成员，还包括瑞士在里面，所以这样的话，欧洲、俄罗斯、中国、印度、美国、韩国、日本，加起来的人口大概在世界的一半以上，而且是几乎囊括了所有的核大国，所以可以说这是一次人类共同的一个探险。

主持人：比如像欧盟或者美国，他实验装置搞这个肯定是很费钱的，他们也很有钱，为什么他们不可以单独自己搞，要这么联合起来搞？

嘉宾：应该说这个装置和它的实验，现在的估计，包括建成以后实验的费用大概至少在100亿欧元以上，不是说这些国家一定完全出不起，而是说关系到全人类的一个前景的那么一个事业，各个国家还是希望大家共同的开发，至少目前阶段共同的开发，共同的承担风险，来能够集中，同时也集中全世界在这方面最好的科学家和最好的工程师参加这个工作，所以这样一个科学合作，不但是有，从经费上或者什么，100亿美元是不是太多了一点，或者少一点的问题，而多少带有政治性的意义，也就是说体现了人类共同为自己未来奋斗这么样一个。我举个例子，比如中国的参加，不仅是中国参加了这么一个计划，代表了人类这么一部分人，对于未来能源的关心，同时中国的参加，应该说也推动了美国的再参加，可以这么说，在中国参加后不到一个月，美国总统亲自宣布美国参加iter计划，在这以后，陆续的韩国参加了，印度也参加了。其中有些国家可能聚变研究的水平比起一些发达国家还有一定的差距，但是这些国家参加，不但体现了他们出这些资金，而且表明他们打算和努力，这个我想从我们国家打算参加iter计划的目标也可以看得出来这个计划的意义，绝不仅在于大家共同出钱建这么一个装置。

主持人：就是说你首先从这个领域研究的科研的水平实力，你得有这个资格，这大概也是个很主要的条件吧，能不能参加？

嘉宾：有一定的这样的因素，但是这样的因素，这是我说了，这有两个方面，一个方面当然一个国家你至少进去以后，要能对这个计划起作用，也就是说你要承担你应该承担的义务，你要完成这些义务的话，也说明你的科研和技术的发展，科学和技术的发展，有一定的程度，特别是因为这是很大的计划，很大的设备，所以工业界的能力也在这儿也是一个重要的方面，我想这是这样的。从另外一方面来说，当然这中间是有差距的，各方面是有差距的，所以这方面只要每个参加，最早是有日本、欧盟、俄罗斯三方在2002年的时候，开始是这么个情况，后面的参加者，应该说每个参加者参加前，他们原来的参加者都派了一个代表团来考察，美国是没有，美国因为原来参加的后来退出了，所以他们再参加没有再考察，像中国、韩国、印度都是考察过的，有一定的，工业界有一定的能力，研究界的水平，可能还是不一样的，但是也有一些基本的，至少有一些聚变研究。

主持人：请您简单介绍一下裂变与聚变有什么不同？聚变能是如何产生的？

嘉宾：我想通常经常是说聚变能是人类最终解决能源问题的可能途径之一，当然也不是完全的这样一个。裂变能也是解决人类能源的一个方面，今后的发展也向这个方向发展，但是裂变能主要是中子打在重核上面，像铀235，或者是钋，使得这些重的原子核产生分裂，在分裂变的同时也放出能量，放出中子，这些中子再引起其他重原子核的分裂，这样一个过程最典型的就在最早的原子弹，这个过程最后比较快的实现了裂变反应堆，就是现在的原子能反应堆和原子能电站，而且现在也在发展，全世界的发电量中大概有20％左右是核能的，但是核能今后还会进一步发展，核能存在几个问题，这些问题也是需要很长时间，很大努力才能解决的，大概关注最多的，因为裂变反映比较容易，中子打到重核里面，只要有足够多的铀235和足够多的钋总是能够产生裂变反映的，但是裂变反应打出来裂变以后的产物，像有些锕系元素，是呈放射性的，有的寿命长到几百万年，通常中子打到一些材料，如钢上面, 也会产生一些放射性的元素，但是这些都是短寿命的，就是几十年以内，所以通常裂变堆结束了以后，是要放很长一段时间的，把那些放射性的材料，比如放到水泥的结构里头，存放几十年，这么它的放射性就消失了，但是对于裂变堆产生的高放射废料，这是没法的，除非你用另外的核反应把它给消灭掉，这也有提到，用中子打它，但是这些技术的发展要有很长的一段时间。放射性高放射废料的出现，是重要的一个问题，现在有人建议把它放到地下比较深的结实的岩层里面去，但是所有的岩层，天然的岩层都是有裂缝的，比较长的时间内有可能会出现地层的破坏，产生严重的后果，我想这是裂变堆最主要的，对将来使用的考虑，其他当然也有安全性的问题。资源也是一个问题。现在的压水碓，大概一个堆全寿命中需要大约一万吨铀资源，包括铀235、和铀238。全世界有400多万吨铀资源，但全世界也有了400万个核电站，快中子堆发展起来以后，能够增值核燃料，增加生产钋，会好很多，但是快中子堆有快中子堆的问题，总的说起来裂变堆是一个方向，但是裂变堆还存在很多问题，需要发展，成为大规模的，像我们国家在电能方面，如果核能能够占20％的话，现在我们就需要8000万千瓦到一亿千瓦的核能，就是建80-100个核电站，如果我们将来发展到十几亿千瓦的电能，我们就需要建设几百甚至上千个核电站，这个数目和它的安全性等等都是将来要考虑的一个问题，当然裂变能和其他能源一样，有它的优点也有缺点，优点就是它没有污染，这是最明显的。对聚变来说，因为它是两个氢的原子核碰撞了以后，聚合了，最后放出能量。聚变能最早用于于氢弹，如果控制聚变能的释放，聚变反应的产物，基本上是氦，聚变堆其它放射性是很弱的，如果用氚的话，氚的放射性寿命也是很短的，所以对于聚变反应堆来说，它的好处就是，它没有高放核废料，另外他不断往里面加氘和氚，都可以从海水当中提取，像氚主要在反应堆里由中子与锂核产生。地层里有锂矿，也可以从海水中提取。此，外在反应堆里面的燃料很少，是不断往里放，所以基本上没有爆炸的问题，即便是瞬间的反应释放，燃料是很少的，不会产生激烈的爆炸。更重要的就是说，它的来源，燃料的来源是无穷尽的，氘就是海水里面提出来的重水，氚是一个放射性的，寿命不长，氚在反应裂变堆里产生，当有一定的氚和氘反应后，聚变反应以后，产生一个氦和一个中子，而这个中子打到锂里面去再产生氚，氚再到聚变堆里，锂在地球上有一定的丰度，在海水和也很丰富，所以有的人说是几亿年的取之不尽。

所以说我个人的感觉，一个是聚变能，一个是太阳能，这两个都可以说是取之不尽的，但是太阳能有太阳能的问题，也需要很长时间的发展才能起重要的作用，聚变最大的困难在于，因为它是两个带电的原子核要碰到一起去，所以当把氘和氚的气体放在一起，必须加热到一亿度以上的高温，才能产生显著的聚变反应，通常说的冷聚变，产生一千个中子，或者一万个中子，这样能量是很少的，我们说的聚变能，应该能每秒产生10的20次方的中子，产生这么多中子的聚变反应，需要氘和氚气体的温度在一亿度以下，怎么把一亿度的气体，能够让它约束起来，能够充分的反应，这个就是聚变最困难的问题，正是怎么把这些一亿度的气体能够约束起来，人类为了这样一个目的，就工作了50年，从50年代初一直到上世纪末，基本上是解决这样一个高温的，我们叫等离子体的约束问题，所以聚变的好处有，但是聚变能应该说是人类的一个非常，也许说人类碰到科学技术问题当中最, 困难的问题之一。

主持人：如何获取产生聚变能的“原料”？聚变反应堆都有哪些优势？

嘉宾：从40年代末开始，像美国、苏联当时就开始了聚变的研究。有了氢弹以后，人们就很想实现聚变能，开始很长一段时间，对于聚变能实现的难度，科学家和人类的认识是很不够的，所以开出了很多承诺，但是这些承诺后来都没有实现，比如说30年以后就可以实现聚变能了，结果30年以后，连高温等离子体的约束都没有做到，后来又说再有20年，50年下来，到现在开始，积累投资了数百亿美元，也没有最后达到，只是到现在这么一个阶段，所以有很多责备，包括科学界、技术界，对这个难度的认识还是很不够的，我想大概有这么些问题。

第一个问题，在一亿度高温以上，气体分子都已经分解了，原子的电子也都被剥离了，基本上都是原子核和电子，这种气体，由原子核和电子构成的气体，我们叫等离子体，怎么产生这样一个等离子体，怎么把它加热到上亿度，开始是百万度，千万度，最后上升到一亿度以上的高温，我想这是我碰到的头一个最大的问题。

第二个问题，在几十万度，几百万度以上，怎么能够把这些等离子体约束在一个体积当中，让这些原子核能够充分的产生聚变反应，这是第二个困难。头一个困难可能还好一点，第二个困难让科学技术界，全世界的科学家共同努力了50年，现在也不能说完全解决了这个问题了。像我们烧一个东西，我们总得把煤放在炉子里面，总得放在一个容器里面，在这么高温底下，如果没有容器可以收集，现在的办法有两个，一个办法就是利用磁场。因为都是原子核，带电的原子核和电子，用磁场把这样一些带电的粒子约束起来，例如造成一个环型的磁场，让带电的粒子顺着磁力线运动在这个里面打圈。另外一个途径就是所谓惯性约束，等于是好多小氢弹，比如说一秒钟爆炸50个小氢弹，每一个小氢弹可以放出一度电的能量，你算算相当于一个中等电站的这样一个水平。怎么引爆这个小氢弹呢？很小了，大概也就是一个毫米这么大的靶，靠多路的激光，现在靠多路的激光打到这个小靶上，把这个小靶产生高温，到这么一个温度，产生聚变反应。原来的原氢弹用外围的原子弹，把里面氢弹的燃料往中间集中压缩，最后达到这么个温度，最后爆炸，氢弹外面有一个点燃的过程，点燃过程就是原子弹点燃，现在是用激光点燃这个小球里面的燃料，这是惯性约束，惯性约束也发展的很快，我们国家也进行了大量的工作，惯性约束，到目前为止，作为能源来考虑，在技术这方面还存在比较多的问题，所以还没有提出要建一个惯性约束的聚变实验堆。

用磁场来约束等离子体，怎么约束？这是很大、很难的一个科学问题。为了这个人们建造小的装置，我们通常可以叫磁笼，用磁场编成一个笼子，高温等离子体被约束在这些磁笼中，这几十年做不同的磁笼，哪种能关得好，再发展大，从桌面上的装置一直发展到现在，像欧盟的jet实验的装置，几亿美元的装置，这上面来实验，我们怎么把高温的气体约束到磁场的笼子里面去。而难度不仅仅在于说，我们怎么把它造一个笼子，而在于这个笼子本身，也跟着高温等离子体在运动。因为等离子体里面有电流，电流产生磁场，所以这个笼子跟等离子体一起在运动，你必须让他能够稳定的在那儿，我想这是第三个难题，一定要让高温的等离子体能够稳，然后还得让它传热比较少。大家知道，如果点燃起来的话，炉子就必须有一定的保温的能力，否则的话，一些反应的能量马上就散掉以后，就不可能继续下去，所以保温要比较好。保温比较好，实际上也是约束的一个重要的方面，而保温比较好，或者叫做能量的损失比较小，这个问题也是聚变研究很突出的问题，还有就是你要能不断的把氘和氚放进去，把反应的废料从这里拿出来，所谓加料和排灰的问题，那么高温的气体，你可以强迫把一些东西放进去，但是你怎么把反应当中的，他反应以后，还是气体，怎么把它取出来等等，所有这些问题的研究，构成的前面50年聚变研究努力的要解决的一些问题。我想这些问题，在50年的努力以后，部分的得到了解决，应该说大部分得到解决，这样才有可能提出来，我们建造一个实验堆，看看是不是在科学上，和工程上都是能够实现聚变能这样一个目标。但是从建造一个聚变堆来说，这个问题还远不止这个，因为一个聚变堆，首先高温气体要不断的产生聚变反应，我们叫燃烧等离子体，到现在为止，在地球上，没有一个燃烧等离子体，没有带聚变反应的一个高温等离子体，iter是第一地球上产生燃烧等离子体的，对燃烧等离子体，到底有什么性质，是不是我们看到普通的高温等离子体那样可以把它约束在里面，这是iter碰到首先的问题。

第二个问题，跟这个有联系的，燃烧等离子体能不能持续下去，能不能控制住它，以至于我们最后发电的时候，你要一个连续的过程，你要不断的发电，把聚变能送出来，我想iter还有另一方面很大的作用，在聚变反应底下，它有大量的能量送出来，同时有大量的中子送出来，所以这种情况下，对于我们现在已设计的些部件，对将来聚变堆的部件，在一定的条件，发展什么样的材料，等等这样一些工程上的问题，也就是工程可行性的问题，在iter上是非常重要的。所以现在iter的建造，标志着人类手头有了第一个可以控制的燃烧的有聚变反应的一个等离子体，和相应的周围的这些，这是我们研究一个新的对象，也是将来要实现聚变能一个关键的东西。

主持人：请您介绍一下我们国际上的一些经验，另外讲一下中国自己的经验，下面这个问题就是请您简要回顾一下，国际热核聚变计划iter发展历程，这个计划装置为什么最后选择了在法国来建这个装置？

嘉宾：iter计划产生多少是政治上的产物，是1985年冷战开始解冻的时候，戈尔巴乔夫，里根，作为美苏双方和解的一种标志，讨论到共同建立一个聚变实验堆，大家知道聚变能是未来能源很重要的，从1985年就开始，当时还提到先开始组织，先从概念设计这些开始组织的时候也提到最后日本跟欧盟也参加了，所以当时是四方，这样一个组织了一个国际的小组，这个组织独立于iaea，而且对发展中国家来说，基本上是排斥的，开始是这么一个性质，由于各方面平衡的原因，这个组织工作的地方是选了三处，美国的圣地亚哥，欧洲的"garching"，慕尼黑，然后是日本的"那卡"，三个工作中心，工作到了1997、1998年的时候，当时做了一个计划，做了一个概念设计和初步的工程设计，那时候整个装置需要100多亿美元，当时美元的价值比现在高不少，这种情况底下，再加上美国希望把它的主要的力量放在一些他认为他需要做的，而这些是别国也在努力的，所以美国就强调，这个计划太大了，强调认为现在还是在基础方面的科学研究，所以美国在1998年就退出了研究。退出这个计划，退出了这个计划以后，美国的聚变发展也受到了一定的挫折，因为他和世界的联系降低了。这样一个情况底下，欧盟、日本、俄罗斯坚持下去了，日本当时也没有跟着美国走，而是坚持在这里边，到了2001年的时候，完成了一个现在的设计，这个设计大致需要40亿-50亿美元，当时1998年的时候40亿美元的那么一个计划，在这个基础上，他们考虑进一步往下走，要各国都批准的话，很重要的是中国跟美国参加，这样就代表世界，正是在这个时候，我们国家也认为，特别科技部也认为，中国应该参加这么一个计划，所以当时在2002年年底，中国科技部部长写信给原来三方，就是说中国愿意参加协商，而且做了一些承诺，如果这个承诺如果谈判成功的话，中国要做10％的贡献，另外中国不提新的厂址，这也是当时