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起重機將國際熱核聚變實驗堆的杜瓦底座吊入托卡馬克基坑內。 (資料圖片)
中核集團建造的中國環流器二號。
(中核集團供圖)
可控核聚變裝置俗稱“人造太陽”，是照亮人類未來的終極能源夢想。近日，我國傳來好消息：由中核集團牽頭的中法聯合體為“人造太陽”核心設備安裝工作全麵開展創造了有利條件——這是中國向核能高端市場邁出的實質性步伐，將為我國深度參與聚變國際合作、自主設計建造未來中國聚變堆奠定堅實基礎。
近日，位於法國的世界上最大的核聚變反應堆——國際熱核聚變實驗堆(ITER)項xiang目mu迎ying來lai了le重zhong要yao裏li程cheng碑bei時shi刻ke，施shi工gong人ren員yuan開kai始shi安an裝zhuang反fan應ying堆dui托tuo卡ka馬ma克ke的de首shou個ge主zhu要yao部bu件jian。此ci前qian，由you中zhong核he集ji團tuan牽qian頭tou的de中zhong法fa聯lian合he體ti按an期qi開kai展zhan了le相xiang關guan安an裝zhuang底di座zuo——duwadizuodejieshoujidiaozhuangzhunbeigongzuo，weihexinshebeianzhuanggongzuoquanmiankaizhanchuangzaoleyoulitiaojian。zheshizhongguoxianghenenggaoduanshichangmaichudeshizhixingbufa，jiangweiwoguoshenducanyujubianguojihezuo、自主設計建造未來中國聚變堆奠定堅實基礎。
從“靠太陽”到“造太陽”
可控核聚變裝置俗稱“人造太陽”，是shi全quan球qiu核he聚ju變bian人ren一yi代dai代dai接jie力li奔ben跑pao，致zhi力li於yu照zhao亮liang人ren類lei未wei來lai的de終zhong極ji能neng源yuan夢meng想xiang。伴ban隨sui全quan球qiu人ren口kou增zeng長chang與yu經jing濟ji發fa展zhan，能neng源yuan需xu求qiu將jiang持chi續xu增zeng長chang。然ran而er，地di球qiu化hua石shi燃ran料liao的de儲chu量liang有you限xian，尋xun找zhao未wei來lai能neng源yuan成cheng為wei當dang務wu之zhi急ji。
萬物生長靠太陽，無論是傳統的化石能源，還是風能、生物能等新型能源，其本質都是太陽能。而太陽的能量，科學家們早已探明究竟：來自其內部的核聚變反應。
那麼，我們是否可以模擬太陽產生能量的原理，研發可控核聚變技術，從而製造“太陽”呢?
專家的回答是肯定的：不僅可以，而且是必須。
“可控核聚變是目前人類認識到的，可以最終解決人類社會能源與環境問題、推動人類社會可持續發展的重要途徑之一。”中核集團核工業西南物理研究院院長段旭如表示。
從必要性來說，化石能源不可再生且有汙染，風能、水能不穩定，核裂變能原料有限、核廢料有放射性汙染，因此，需要尋找資源豐富、清潔高效的新能源——目前，最有可能擔當這一角色的隻有可控核聚變能。而且，可控核聚變不排放有害氣體，有利於解決當前的環境汙染問題。
從可行性來說，核聚變的原料是氫的同位素(氘和氚)，地球上含量極為豐富。“氘在海水中儲量極大，1公升海水裏提取出的氘，在完全聚變反應後，可釋放相當於燃燒300公升汽油的能量。”段旭如說。
一字之差的困難
從核裂變到核聚變，從不可控到可控——僅一字之差，但技術難度差別太大了。“世界上首顆原子彈爆炸後不到10年，核裂變技術就實現了和平利用，建成了核電站。”中核集團核工業西南物理研究院特聘研究員鍾武律說，因此，許多人曾樂觀地認為，用不了多久就能實現核聚變的和平利用——然而，經過全世界科學家超過半個世紀的努力，至今仍未成功。
鍾武律做了一個簡單比較。太陽能穩定核聚變，是因其內部不僅有1500萬攝氏度以上的高溫，且約有3000億個大氣壓的超高氣壓。而地球上無法達到如此高的氣壓，隻能在高溫上下功夫了，需要把溫度提高到上億攝氏度才行。“先不說如何產生這麼高的溫度，就算產生了，也找不到容器‘盛放’它。”鍾武律說，地球上最耐高溫的金屬材料鎢在3000多攝氏度就會熔化。
不過，人類不會被困難嚇倒。20世紀50年代開始，科學家們就經曆了一係列磁約束技術路線的探索，到上世紀60年(nian)代(dai)，前(qian)蘇(su)聯(lian)科(ke)學(xue)家(jia)提(ti)出(chu)托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)方(fang)案(an)，效(xiao)果(guo)驚(jing)人(ren)，備(bei)受(shou)關(guan)注(zhu)。托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)，簡(jian)單(dan)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)種(zhong)利(li)用(yong)磁(ci)約(yue)束(shu)來(lai)實(shi)現(xian)受(shou)控(kong)核(he)聚(ju)變(bian)的(de)環(huan)形(xing)容(rong)器(qi)。它(ta)的(de)中(zhong)央(yang)是(shi)一(yi)個(ge)環(huan)形(xing)真(zhen)空(kong)，外(wai)麵(mian)圍(wei)繞(rao)著(zhe)線(xian)圈(quan)。通(tong)電(dian)時(shi)，其(qi)內(nei)部(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)螺(luo)旋(xuan)形(xing)磁(ci)場(chang)，將(jiang)其(qi)中(zhong)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)加(jia)熱(re)到(dao)很(hen)高(gao)溫(wen)度(du)，以(yi)達(da)到(dao)核(he)聚(ju)變(bian)目(mu)的(de)。
“核聚變能是清潔安全的，但仍需科學普及。”段duan旭xu如ru表biao示shi，就jiu聚ju變bian堆dui而er言yan，燃ran燒shao等deng離li子zi體ti被bei約yue束shu在zai真zhen空kong室shi內nei，且qie所suo含han聚ju變bian堆dui中zhong的de氘dao氚chuan燃ran料liao含han量liang低di，不bu會hui爆bao炸zha，也ye不bu會hui導dao致zhi泄xie漏lou，幾ji乎hu沒mei有you放fang射she性xing汙wu染ran。
勇擔重任的中國核電人
我國可控聚變研究始自上世紀50年代，幾乎與國際上聚變研究同步。
1965年，根據建設需要，我國建立了當時國內最大的聚變研究基地——西南物理研究所，也就是中核集團核工業西南物理研究院的前身。
正是在這裏，中國核聚變領域第一座大科學裝置——中國環流器一號(HL-1)托卡馬克裝置於1984年建成，成為我國核聚變研究史上的一個重要裏程碑。它的成功建造與運行為我國自主設計、建造、運(yun)行(xing)核(he)聚(ju)變(bian)實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)裝(zhuang)置(zhi)積(ji)累(lei)了(le)豐(feng)富(fu)經(jing)驗(yan)，培(pei)養(yang)了(le)我(wo)國(guo)第(di)一(yi)批(pi)核(he)聚(ju)變(bian)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)及(ji)實(shi)驗(yan)運(yun)行(xing)人(ren)才(cai)隊(dui)伍(wu)，為(wei)我(wo)國(guo)發(fa)展(zhan)更(geng)高(gao)參(can)數(shu)的(de)磁(ci)約(yue)束(shu)聚(ju)變(bian)大(da)科(ke)學(xue)裝(zhuang)置(zhi)奠(dian)定(ding)了(le)堅(jian)實(shi)基(ji)礎(chu)。
從此，中國磁約束聚變一步步從無到有，從小到大。1995年，中國第一個超導托卡馬克裝置HT-7在合肥建成;2002年中國建成第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國環流器二號A(HL-2A);2006年，世界上第一個全超導托卡馬克裝置東方超環(EAST)首次等離子體放電成功……
預計今年在四川成都投入運行的“中國環流器二號M”裝置，將成為我國規模最大、參數最高的磁約束可控核聚變實驗研究裝置。它可將我國現有裝置的最高等離子體電流從1兆安培提高到3兆安培，離子溫度也將達到1億攝氏度以上。
人類的共同目標
正如太陽造福於整個地球，“人造太陽”的研製，將為人類帶來巨大福祉。但其技術挑戰大，研發困難重重，因此需集全球之力共同來攻克。
基於此，國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃2006年應運而生，由中國、美國、歐盟、俄羅斯、日本、韓國和印度7方參與，計劃在法國普羅旺斯地區共同建造一個電站規模的聚變反應堆，也即世界上最大的托卡馬克裝置。ITER是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科技合作項目之一，凝聚了國際聚變界多年來的研究成果以及國際聚變界的技術力量。
“該項目也是中國以平等身份參加的最大國際科技合作項目。其中，中國承擔了約9%的采購包研發任務。”段旭如表示：“簽署這個計劃，正是希望集中全球科技力量，共同攻克難題。”
“這些年來，我國磁約束聚變研究進展得益於參加ITER計劃。”段(duan)旭(xu)如(ru)說(shuo)，利(li)用(yong)這(zhe)一(yi)良(liang)好(hao)國(guo)際(ji)合(he)作(zuo)平(ping)台(tai)，在(zai)國(guo)家(jia)有(you)關(guan)部(bu)委(wei)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)下(xia)，我(wo)國(guo)核(he)聚(ju)變(bian)研(yan)究(jiu)實(shi)現(xian)了(le)高(gao)質(zhi)量(liang)發(fa)展(zhan)，磁(ci)約(yue)束(shu)核(he)聚(ju)變(bian)研(yan)究(jiu)從(cong)過(guo)去(qu)的(de)跟(gen)跑(pao)步(bu)入(ru)了(le)並(bing)跑(pao)階(jie)段(duan)，部(bu)分(fen)技(ji)術(shu)達(da)到(dao)了(le)國(guo)際(ji)領(ling)先(xian)水(shui)平(ping)。
中國的積極參與也推動了ITER計劃的快速發展。鍾武律表示，參加ITER計劃以來，中國積極參與建設，承擔著諸多核心部件研發製造(采購包)任務。“目前，中國承擔的ITER采購包，不管是在研發進度還是在完成質量方麵，均處於7方的前列，為ITER建設貢獻了中國力量與智慧。在國際聚變舞台上，中國有了更大的話語權。”
除了承擔中方承諾的任務外，中方還積極爭取ITER其他關鍵任務。去年9月，中核集團牽頭拿下了ITER迄今金額最大的主機總裝1號合同。這個工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設備，其重要性相當於核電站的反應堆、人體裏的心髒。這是有史以來中國企業在歐洲市場中標的最大核能工程項目合同。
“通過國際競標拿到了ITER項目最核心部分的安裝工程，證明我們的團隊在世界上是領先的。”中核集團董事長餘劍鋒表示。
“從ITER計劃的進展以及國際核聚變發展進程看，我們有信心到本世紀中葉實現可控的核聚變發電。”段旭如充滿信心。來源： 經濟日報
