ITER：一项耗资150亿欧元的实验。
ITER：
一项耗资150亿欧元的实验
聚变反应堆：危险
2011年5月16日，欧洲议会代表团来到法国普罗旺斯地区艾克斯的雷内国王酒店，听取了ITER项目负责人的多场报告。我向议员米歇尔·里瓦西提供了40份自己在家打印的简报，这是下文将要阅读内容的精简版本。她将这些简报分发给了其他欧洲议会代表。
大约有200名反核示威者聚集在酒店外。人数虽少，但所涉及的问题却极为重大。而我，是现场唯一的科学家，甚至也是唯一的工程师或技术人员。示威者们都是典型的基层反核人士。
诚然，像我这样的人是在福岛核事故的警醒下才开始觉醒的。但对我来说，这种对核能致命性的认识是彻底且不可逆转的。过去，我从未认真思考过这个问题。早期的环保活动家们曾亲身承受过执法部门的暴力镇压、催泪弹，甚至1977年7月31日，克雷-马尔维尔核电站抗议活动中，米查隆因一枚防御性手榴弹击中胸部而身亡，这枚手榴弹正是在那场抗议中被投掷的。
至今仍有人会为了阻止运载核废料的列车通过而将自己锁在铁轨上。这些列车将核废料运往哈格核处理中心（实际上，这是一个提取钚的中心，用以制造法国国产的MOX核燃料，这种燃料被用于法国20座反应堆，包括福岛3号反应堆，法国也向海外出口）。这些被锁住的人通常会被粗暴驱离，许多人受伤。他们斗争的目的，正是为了让我们和我们的孩子能够拥有健康，并摆脱核能产业的逐利操控。
这辆致命的运输车队必须通过，不惜一切代价。
我承认，我对自己反应如此迟钝感到羞愧，更让我作呕的是，竟看不到任何一位科学家或工程师同事加入这场正当的抗议。福岛核灾难激发了人们对核能疯狂危险性的觉醒，尽管媒体被原子巨头操控，导致信息封锁，但这一觉醒正在发生。
然而，在此之前，反对核能的人们曾被视作边缘人、空想家，而他们实际上只是比我们更早、更清晰地看到了现实的真相。
正如我们将在下文所见，事情远比我们想象的要糟糕得多。
迄今为止，反对ITER项目的主要论点多集中在环境或景观方面。我刚刚看到一段荒诞而令人震惊的视频，来自ITER项目官网的演示。导游声称，他们已“体贴地”将蝙蝠迁移到别处，以鼓励它们在新地点筑巢。他们也考虑到了受保护的植物群。
但这些都只是无稽之谈，一旦了解接下来的内容，就更显可笑。
我们熟知氚的放射毒性，这是一种半衰期为12.3年的放射性物质。是的，问题就在这里，而且非常真实。氚是氢的一种同位素，其原子核包含一个质子和两个中子，与轻氢（仅一个质子）和氘（一个质子和一个中子）形成对比。这三种同位素都带有唯一的电子。这个电子构成了原子的“电子壳层”，决定了物质的化学性质。
因此，从化学角度看，轻氢及其两种同位素——氘和氚——几乎具有相同的性质。
当“重氢”与氧结合时，会生成一种名为“重水”的分子。这三种原子核与氧的所有组合都是可能的，其中包括含有一个或两个氚原子的分子。
这种富含氚的水将具有放射性。
ITER的反对者会指出，由于氚与氢相似，因此极难安全地封闭，几乎无法避免泄漏。微小的轻氢分子可以穿过阀门和密封件。更糟的是，氢甚至能穿透固体墙壁！而氚在逃逸方面堪称“冠军”，它能轻易穿过密封件和大多数聚合物材料。
从生物学角度看，轻氢和氘没有危害。但氚则完全不同。氢原子具有与大量其他原子结合的特性，从而形成大量矿物和生化分子。
因此，这种氚可能进入食物链，甚至整合进DNA。
ITER的支持者可能会反驳说，即使发生氚的泄漏或排放，也仅会造成微不足道的污染，“从公共健康角度看并无危险”。
我们早已习惯从几十年来所有核能巨头口中听到这种说辞。
另一个支持ITER的论点是：人体内存在“水循环”。如果人体吸收了氚水，它会迅速被排入自然环境。其“生物半衰期”（一个月到一年）短于其“放射性半衰期”。（维基百科）
http://fr.wikipedia.org/wiki/tritio#Fixation_biologique_du_tritio
http://fr.wikipedia.org/wiki/tritio#Cin.C3.A9tique_dans_l.27organisme
但如果氚原子与DNA等分子结合，情况就完全不同了。这触及了低剂量辐射长期影响的后果。
此时，ITER的支持者可能会耸耸肩，说氚的量极小，几乎不会被察觉……等等。
总之，可以说在这一领域，我们找不到有效的批评。
当然，项目成本问题也显而易见，预算已翻了三倍，这只是个开端，正如我们将在后文看到的，还有日程安排的种种风险。关键问题，也令人痛心：
- 电力何时能产生？
我们接下来要讨论的技术科学问题，使得对未来预算、时间表，甚至可行性与经济效益的任何预测都变得不可能。
首先，让我们追溯ITER项目的起源
http://www.iter.org/proj/iterhistory
我们读到，该项目源于1985年冷战结束时，戈尔巴乔夫与里根在日内瓦的会谈。
1985年，日内瓦的里根与戈尔巴乔夫
核武器和导弹的惊人储备被冻结，使原子能的形象变得极为负面，仅靠民用核能的正面联想稍作缓解。事实上，我们清楚地知道，民用反应堆可被改造成钚生产堆，从而制造出裂变炸弹所用的钚。
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切尔诺贝利核事故向我们证明，这个曾被我们梦想能为人类带来福祉的“和平原子”，可能在人类寿命之外无限期地摧毁其环境，同时对我们的健康和人类基因资本造成危害。这些论点不容忽视。
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如果我们还考虑核废料储存和核电站退役等无法解决的难题，情况就更糟。
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我们还必须面对核武器扩散的不可避免性。
此外，这次会晤一年后，切尔诺贝利核事故就发生了。
因此，迫切需要找到一种“和平原子”，它无法被用于制造新武器，其废料应为无害气体——氦气，不会导致“敏感材料”的扩散。
人们立刻想到氘-氚聚变装置，它们被赋予了一切美德。
我们称之为取之不尽的能源。想到海洋中蕴藏的海量氘和氚（或可制造氚的锂）。
聚变能首先是一个非常强大的神话，即“造福人类的原子”，无危险、和平且“能源无限”。
我们还附上了一幅图像，唤起人类的想象——“烧瓶中的太阳”。
人类始终将自然界的宏大现象与神话建构联系在一起。从天而降的雨水带来丰收。前哥伦布文明曾向天空祈求这生命之水——雨水。但雨水也带来洪水，带来毁灭，带来死亡。
太阳亦是如此。古埃及人认为众神不过是太阳神的化身。拉是赐予丰收的仁慈之日，而他的兄弟赛特，是荒漠中可怕的太阳神，它使庄稼枯萎，使迷路的旅人渴死。
原子也有其神话。当奥本海默（他能阅读梵文）第一次亲眼目睹核爆炸时，他本能地吟诵起《薄伽梵歌》（第11章第33节）中的诗句，结尾是：
我即是死亡，万物的毁灭者
http://en.wikipedia.org/wiki/Bhagavad_Gita
原子开始进入历史，进入人类的想象，成为一种与朱庇特之雷、托尔之锤相提并论的可怕神祇，带有《启示录》中世界末日的圣经意象。
随后，原子和平时代到来，它带来舒适，提升生活质量。一个能为家庭供暖、驱动高速列车的原子，让我们舒适而迅速地旅行。
但切尔诺贝利和福岛的悲剧以粗暴、暴力的方式发出警示。于是，原子变成了某种“白色瘟疫”，无形、无味、缓慢致命。
- 并非所有人都会死亡，但所有人都被触及了……
即使核电站运行看似无问题，但在工作人员中已发现健康问题。法国国家健康与医学研究所（INSERM）的一项研究显示，这些员工的癌症病例是正常水平的两倍，尽管剂量计显示其接受的剂量低于（人为设定的）核安全局规定的标准。
这就是民用原子能，尽管有核能巨头强大的游说，其形象仍令人不安。
那么，为何不大力推动这种“烧瓶中的太阳”——这种重新变得有益、无风险的原子？如果一架飞机撞上托卡马克，或恐怖分子用炸药破坏，难道不会毫无问题吗？我们可能会说，只是少量氘、氚、锂和氦会逸入空气，第二天一切就过去了。
在聚变中，我们看到“无风险、无废料原子”的神话浮现。
正如你所想象的，这并不完全真实。氘-氚聚变会产生中子，这些中子又会污染反应堆的所有结构。这些结构将因“活化”而变得具有放射性，这是由于在强中子流照射下，所有材料都会发生嬗变。因此，聚变反应堆的退役，同样复杂、棘手且昂贵，与裂变反应堆并无二致。
ITER项目支持者会反驳说，聚变产生的废料半衰期为数百年，而裂变则会产生在数万年内致命的放射性核素。
在做这些铺垫之后，我们必须走出神话，抛开诸如“烧瓶中的太阳”和“无限能源”之类的漂亮话，保持现实，从可行性角度审视这一提议。
为此，我必须使用一些物理语言。在可能的情况下，我会尽量让语言通俗易懂。
聚变是一种被极端复杂性所保护的象牙塔。这正是核能巨头能轻易回避任何问题的原因，他们只需说“这非常复杂”。于是，他们将对话者——可能是政治家——淹没在复杂的“墨水云”中，如同章鱼喷出墨汁以躲避追问。
因此，让我们深入这些科学问题，超越对新手的陈词滥调。
ITER项目依赖于两组结果。一方面，我们有英国的成果，即JET（联合欧洲环）实验，1997年10月在库尔汉实验室取得，通过注入多种能量形式，实现了持续1秒的聚变反应，其系数Q = 0.7。
这个Q系数是什么意思？它是聚变释放的总能量与以微波、中性粒子注入等形式输入的能量之比。
聚变反应堆产生的能量流与反应堆的体积成正比，即与特征尺寸（例如等离子体环的直径）的立方成正比。
能量损失发生在壁面，与反应堆的表面积成正比，即与特征尺寸的平方成正比。
结论是，Q系数遵循如下演化规律：
如果JET仅达到Q = 0.65，说明机器太小。ITER的尺寸是其两倍，应使Q系数提高两倍，即：
Q = 1.4
在ITER的宣传资料中，他们声称期望获得Q > 5，并维持400至1000秒的运行时间。
关于JET实验的一些细节：该托卡马克未配备超导线圈。磁场由铜线制成的螺线管产生。通过螺线管的电流高达数兆安，焦耳热效应导致能量耗散，无法延长实验。
http://fr.wikipedia.org/wiki/Joint_European_Torus
http://claude.emt.inrs.ca/VQE/sources/fusion_futur.html
ITER的加热系统（微波、中性粒子注入）是JET系统的延伸。
因此，ITER“将运行”。
这一点无人质疑。将实现氘-氚聚变，Q系数超过1，并因使用超导线圈而实现更长时间的运行。
但这就是全部吗？
这台机器，正如我们接下来将展示的，尚未完成。
目前状态下，它甚至不能被视为原型，更谈不上验证。因为它缺少一个或多个关键部件，尤其是那些从未被实际验证的部件。
反应堆将装载50/50的氢同位素混合物——氘和氚。聚变反应使这两种元素消失，生成一个带有两个正电荷的氦核，释放出3.5 MeV的聚变能，并产生一个14.1 MeV的中子。
氘-氚聚变
约束磁场阻止氦核逃逸。通过与氘和氚离子的能量交换，氦原子有助于维持等离子体温度，否则等离子体将因辐射损失而冷却。但该磁场对无电荷的中子无效，中子将撞击约束环的壁面。被壁面材料捕获后，中子将通过活化和各种嬗变使这些材料具有放射性。
法国诺贝尔奖得主皮埃尔-吉勒·德热恩曾怀疑能否保护超导线圈免受聚变产生的中子轰击。超导材料脆弱，中子造成的损伤可能局部破坏超导性，使磁体失效甚至摧毁。
面对这一重大问题，ITER负责人回应称，在第一壁（“第一壁”）和线圈之间将设置第二壁，由锂化合物制成，用以吸收中子，并通过放热反应生成氚：
http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/cea/next/couvertures/blk.htm#ch1
http://www.energia-nuclear.net/es/como_funciona/fusion_nuclear.html
另见：
必须强调，这一反应是一种受激发的裂变反应，即锂-7的裂变。锂-7处于不稳定状态，会裂变为一个4个核子（氦）和一个3个核子（氚）的原子。
第二壁（或氚增殖层）由液态锂铅混合物制成。铅的作用是减速中子。在此过程中，还会释放出另外两个中子。这种500°C的液态金属通过加压水冷却。这种液态金属混合物绝不能与冷却水直接接触。锂的熔点为180°C，汽化点为1342°C。
锂在常温下不会在空气中燃烧，不像其碱金属表亲钠那样。但在足够高的温度下，它会像其另一表亲镁一样燃烧，且燃烧是放热的，极为剧烈。
http://www.plexiglass.fr/materiaux/metaux/lithium.html
http://www.youtube.com/watch?v=ojGaAGDVsCc
****http://www.youtube.com/watch?v=hSly84lRqj0&feature=related
****http://www.youtube.com/watch?v=oxhW7TtXIAM&feature=related
| 摘录
（翻译） | : | 锂
是唯一一种可以在空气中安全操作的碱金属，而其他碱金属会氧化并经常自燃。在空气中，锂会缓慢形成一层氧化物和氮化物膜。 | 在潮湿空气中，水蒸气催化下的反应要快得多。 | 金属在干燥氧气中高于200°C时会燃烧，生成氧化锂Li2O，而不是过氧化物，这使其区别于其上层同族元素（Na、K等），更接近碱土金属。 | 锂的燃烧非常放热，发出强烈的白光，如同镁。
锂在空气中与水接触：立即爆炸
锂在水中燃烧
锂加水
当锂遇到500°C的水时，会分解水，夺走氧，并释放出……氢气。这种反应类似于福岛反应堆中锆合金包壳与水发生的反应，也普遍存在于所有水冷反应堆中，当温度升高、水变为蒸汽时。
锂与冷却水反应释放的氢气可能与空气结合，引发类似福岛的爆炸。锂是一种极其活泼的物质，能与氧气、氢气（生成氢化锂，即氢弹的爆炸物）反应。它还能在常温下与氮气反应生成氮化锂。所有这些反应都是放热的，可能失控，造成严重破坏。
而这一切，无人向我们提及
无人讨论过，如果在聚变反应堆中，锂开始燃烧或与冷却水反应会发生什么。这些氚增殖层（从锂中再生氚）从未被测试过。正如米歇尔·里瓦西在会上所指出的，最好先在其他机器上，如JET或德国的ASDEX（马克斯·普朗克研究所位于加兴的装置），或日本的装置上测试这些氚增殖层，然后再投入一个
- 昂贵的
- 危险的
- 有问题的
项目。
在氚增殖层周围，有两点值得注意：
氚增殖保护层组件（另一项“前所未有”的实验）
另一侧是超导线圈，由液氦冷却至3K（或-270°C）。只要温度稍有升高超过20K（取决于所用超导材料），超导性就会消失。失去超导性的线圈部分会变得有电阻，将累积的所有能量以热量形式耗散（焦耳效应），可能完全摧毁超导材料。液氦会剧烈汽化，体积膨胀超过700倍。这是一颗潜在的炸弹。
当这些导体处于“超导”状态时，不会产生热量。低温系统的作用是冷却并保持超导元件的低温。
2008年，CERN曾发生过类似事故。一根线圈的焊点断裂，导致超导性丧失。线圈中的电流高达9000安培。电弧蒸发了线圈中的液氦，随之而来的爆炸将40吨重的线圈推移了几米（……）。
在配备其必不可少的氚增殖层的聚变反应堆中，可能发生灾难：
- 氚增殖层中含有的锂剧烈燃烧（其燃烧方式如同镁。应在电视节目中演示）。
- 若遇水：爆炸。
*- 产生的热量扰乱