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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。

中核集團建造的中國環流器二號。

可控核(he)聚(ju)變(bian)(bian)裝置俗稱“人造(zao)太陽”，是照(zhao)亮人類(lei)未來(lai)(lai)的終(zhong)極(ji)能源(yuan)夢想(xiang)。近日，我(wo)國(guo)傳來(lai)(lai)好消(xiao)息：由中(zhong)(zhong)核(he)集團牽頭的中(zhong)(zhong)法聯合體為(wei)“人造(zao)太陽”核(he)心設備安(an)裝工作(zuo)全面(mian)開展創造(zao)了有利(li)條件——這是中(zhong)(zhong)國(guo)向(xiang)核(he)能高(gao)端市場邁出的實質性步(bu)伐，將(jiang)為(wei)我(wo)國(guo)深度參與聚(ju)變(bian)(bian)國(guo)際合作(zuo)、自主設計建(jian)造(zao)未來(lai)(lai)中(zhong)(zhong)國(guo)聚(ju)變(bian)(bian)堆奠定堅實基礎。

近日，位于法國(guo)的(de)世界上最大的(de)核聚(ju)(ju)變(bian)反應堆(dui)(dui)——國(guo)際熱核聚(ju)(ju)變(bian)實驗堆(dui)(dui)（ITER）項目迎來(lai)了(le)重要(yao)里程碑時刻，施(shi)工(gong)(gong)人員開(kai)始安(an)裝反應堆(dui)(dui)托卡馬克的(de)首(shou)個主(zhu)要(yao)部(bu)件。此前，由中(zhong)核集團牽頭的(de)中(zhong)法聯合體按期開(kai)展了(le)相關安(an)裝底座——杜瓦(wa)底座的(de)接收及吊裝準備(bei)工(gong)(gong)作(zuo)，為核心(xin)設備(bei)安(an)裝工(gong)(gong)作(zuo)全面開(kai)展創造(zao)了(le)有利條件。這(zhe)是中(zhong)國(guo)向核能高端市場邁出(chu)的(de)實質性步伐，將為我國(guo)深(shen)度參與聚(ju)(ju)變(bian)國(guo)際合作(zuo)、自主(zhu)設計建造(zao)未來(lai)中(zhong)國(guo)聚(ju)(ju)變(bian)堆(dui)(dui)奠定堅(jian)實基礎。

從“靠太陽”到“造太陽”

可控核聚變裝置俗稱“人造太陽”，是全球(qiu)核聚變人一代(dai)代(dai)接力奔跑(pao)，致力于(yu)照亮人類(lei)未來的終極能源(yuan)夢想。伴隨全球(qiu)人口增(zeng)長與經濟發展(zhan)，能源(yuan)需(xu)求將持續增(zeng)長。然而，地球(qiu)化石(shi)燃料(liao)的儲量有限，尋找未來能源(yuan)成為當務(wu)之急。

萬物生長靠太陽，無論是(shi)傳統(tong)的化石(shi)能(neng)(neng)源，還是(shi)風能(neng)(neng)、生物能(neng)(neng)等(deng)新型能(neng)(neng)源，其本(ben)質都是(shi)太陽能(neng)(neng)。而太陽的能(neng)(neng)量，科學家們(men)早(zao)已探明究(jiu)竟：來自其內部(bu)的核聚變反應。

那么，我們(men)是否可(ke)以模(mo)擬太(tai)陽產生能量的原理，研發可(ke)控核聚變技術(shu)，從而制造“太(tai)陽”呢？

專家的(de)回答是(shi)肯定的(de)：不僅可以，而(er)且(qie)是(shi)必須。

“可(ke)控(kong)核聚變是目前人類認識到(dao)的，可(ke)以最終解決人類社會(hui)能源與環境問題、推動(dong)人類社會(hui)可(ke)持續發(fa)展的重要(yao)途徑之一。”中(zhong)核集(ji)團核工業西南物理研(yan)究院院長段旭如表(biao)示。

從必要性來(lai)說，化石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)不可(ke)(ke)(ke)再生且(qie)有污染(ran)，風(feng)能(neng)(neng)(neng)、水(shui)能(neng)(neng)(neng)不穩定，核(he)(he)裂變能(neng)(neng)(neng)原料有限、核(he)(he)廢料有放(fang)射性污染(ran)，因此(ci)，需要尋找資源(yuan)豐富、清潔高效的(de)新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)——目前，最有可(ke)(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)擔當(dang)這一(yi)角色的(de)只有可(ke)(ke)(ke)控核(he)(he)聚變能(neng)(neng)(neng)。而且(qie)，可(ke)(ke)(ke)控核(he)(he)聚變不排放(fang)有害氣體，有利于解(jie)決當(dang)前的(de)環境(jing)污染(ran)問題。

從可行性來(lai)說(shuo)，核聚變的(de)(de)原(yuan)料是氫的(de)(de)同位素（氘(dao)和氚），地(di)球上含量(liang)(liang)極為豐富。“氘(dao)在海(hai)水中儲量(liang)(liang)極大，1公(gong)升(sheng)(sheng)海(hai)水里(li)提取(qu)出的(de)(de)氘(dao)，在完全聚變反應后(hou)，可釋放相當(dang)于燃燒300公(gong)升(sheng)(sheng)汽(qi)油的(de)(de)能量(liang)(liang)。”段(duan)旭如說(shuo)。

一字之差的困難

從(cong)核(he)裂(lie)變到核(he)聚(ju)變，從(cong)不可(ke)控(kong)到可(ke)控(kong)——僅一字之差(cha)，但技(ji)術難度(du)差(cha)別太大了。“世界上首顆原子彈爆(bao)炸后(hou)不到10年(nian)，核(he)裂(lie)變技(ji)術就(jiu)實現了和平利(li)用，建成了核(he)電站(zhan)。”中核(he)集團核(he)工業西南物理研(yan)究(jiu)院特聘研(yan)究(jiu)員鐘(zhong)武律說，因此，許多人曾(ceng)樂觀地認為(wei)，用不了多久(jiu)就(jiu)能實現核(he)聚(ju)變的和平利(li)用——然而，經過全世界科學家(jia)超過半個世紀的努力，至今仍未(wei)成功。

鐘武律做了(le)一個(ge)簡單比較。太陽能穩(wen)定核聚變，是(shi)因其內部(bu)不(bu)僅有(you)1500萬攝(she)氏度(du)以上的高(gao)(gao)溫(wen)，且約有(you)3000億(yi)個(ge)大氣壓的超(chao)高(gao)(gao)氣壓。而地球上無(wu)法達到(dao)(dao)如此高(gao)(gao)的氣壓，只能在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)上下(xia)功夫了(le)，需要把溫(wen)度(du)提高(gao)(gao)到(dao)(dao)上億(yi)攝(she)氏度(du)才(cai)行。“先不(bu)說(shuo)(shuo)如何產生(sheng)這么高(gao)(gao)的溫(wen)度(du)，就算產生(sheng)了(le)，也找不(bu)到(dao)(dao)容器(qi)‘盛(sheng)放’它。”鐘武律說(shuo)(shuo)，地球上最(zui)耐高(gao)(gao)溫(wen)的金屬材料(liao)鎢(wu)在(zai)3000多攝(she)氏度(du)就會(hui)熔化。

不(bu)過(guo)，人(ren)類不(bu)會被困難嚇倒。20世紀50年代(dai)(dai)開始，科學家們就經歷(li)了(le)一系列磁約束技術路線的(de)探索(suo)，到20世紀60年代(dai)(dai)，蘇(su)聯科學家提出托卡馬克方案，效果驚人(ren)，備受關注。托卡馬克，簡(jian)單來(lai)(lai)說是一種利用磁約束來(lai)(lai)實現受控(kong)核(he)聚變(bian)的(de)環(huan)形(xing)容(rong)器。它的(de)中(zhong)央(yang)是一個環(huan)形(xing)真空，外面圍繞著線圈。通電時，其(qi)內(nei)部會產生巨大螺旋(xuan)形(xing)磁場，將其(qi)中(zhong)的(de)等離子(zi)體加熱到很(hen)高溫度，以達(da)到核(he)聚變(bian)目的(de)。

“核聚(ju)變能是清潔安全的，但仍(reng)需科學普及。”段旭如(ru)表示，就聚(ju)變堆(dui)而言，燃(ran)燒(shao)等離子體被約束在真(zhen)空室(shi)內(nei)，且所含(han)聚(ju)變堆(dui)中的氘氚燃(ran)料含(han)量低，不會(hui)爆炸，也不會(hui)導致泄漏，幾乎沒(mei)有放射(she)性(xing)污染(ran)。

勇擔重任的中國核電人

我國可控(kong)聚變研(yan)究始自20世紀50年代，幾(ji)乎與國際上聚變研(yan)究同步。

1965年，根據建(jian)設需要，我國(guo)建(jian)立(li)了當(dang)時國(guo)內(nei)最大的聚變研(yan)究(jiu)(jiu)基地(di)——西(xi)(xi)南(nan)物(wu)理研(yan)究(jiu)(jiu)所，也就是中核(he)集團核(he)工業(ye)西(xi)(xi)南(nan)物(wu)理研(yan)究(jiu)(jiu)院的前身。

正是在這里，中(zhong)國(guo)(guo)核聚變領域第一(yi)座(zuo)大科學(xue)裝置——中(zhong)國(guo)(guo)環流器一(yi)號（HL－1）托(tuo)卡馬(ma)克裝置于1984年(nian)建(jian)成，成為我國(guo)(guo)核聚變研究史上的一(yi)個重要(yao)里程(cheng)碑(bei)。它的成功建(jian)造與運行(xing)(xing)為我國(guo)(guo)自主設計、建(jian)造、運行(xing)(xing)核聚變實(shi)驗研究裝置積累了豐富經驗，培養了我國(guo)(guo)第一(yi)批核聚變工程(cheng)技術及(ji)實(shi)驗運行(xing)(xing)人才隊伍，為我國(guo)(guo)發展更高參數的磁約束聚變大科學(xue)裝置奠(dian)定(ding)了堅實(shi)基礎。

從(cong)此，中(zhong)國磁約束聚(ju)變一步步從(cong)無到(dao)有(you)(you)，從(cong)小到(dao)大。1995年(nian)，中(zhong)國第(di)一個超(chao)導托卡馬克裝置(zhi)(zhi)HT－7在合肥(fei)建成；2002年(nian)中(zhong)國建成第(di)一個具有(you)(you)偏濾器(qi)位形的托卡馬克裝置(zhi)(zhi)中(zhong)國環流(liu)器(qi)二號A（HL－2A）；2006年(nian)，世界(jie)上第(di)一個全超(chao)導托卡馬克裝置(zhi)(zhi)東方超(chao)環（EAST）首次等離子體放電成功……

預計今年在四川成都投入(ru)運行的“中(zhong)國(guo)環(huan)流(liu)器(qi)二號M”裝(zhuang)置，將(jiang)成為我國(guo)規模最(zui)大、參數最(zui)高(gao)(gao)的磁約束可控核聚(ju)變(bian)實驗研究裝(zhuang)置。它可將(jiang)我國(guo)現有(you)裝(zhuang)置的最(zui)高(gao)(gao)等(deng)離(li)子體電流(liu)從1兆安(an)培提高(gao)(gao)到3兆安(an)培，離(li)子溫度(du)也(ye)將(jiang)達到1億攝氏度(du)以上。

人類的共同目標

正如太陽(yang)造福于整個地球，“人(ren)造太陽(yang)”的研制，將為人(ren)類帶來(lai)巨大福祉。但其技術挑戰大，研發困難重重，因此需(xu)集全(quan)球之力(li)共同(tong)來(lai)攻克。

基(ji)于(yu)此，國(guo)(guo)際熱核聚(ju)變(bian)實驗堆（ITER）計劃2006年應運而(er)生，由中國(guo)(guo)、美國(guo)(guo)、歐盟、俄羅斯、日本、韓國(guo)(guo)和印度7方參與(yu)，計劃在法(fa)國(guo)(guo)普羅旺斯地區共同建(jian)造一(yi)個電站規(gui)模的聚(ju)變(bian)反(fan)應堆，也即世界(jie)上最大的托卡馬克裝置。ITER是目(mu)前全球規(gui)模最大、影響(xiang)最深遠的國(guo)(guo)際科(ke)技合作項目(mu)之(zhi)一(yi)，凝聚(ju)了國(guo)(guo)際聚(ju)變(bian)界(jie)多(duo)年來(lai)的研究成果(guo)以(yi)及(ji)國(guo)(guo)際聚(ju)變(bian)界(jie)的技術力量(liang)。

“該(gai)項(xiang)目也是中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)以平等(deng)身份參加(jia)的(de)最大國(guo)(guo)際科技合作項(xiang)目。其中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)承擔了約9%的(de)采(cai)購(gou)包研發任務(wu)。”段(duan)旭如(ru)表(biao)示(shi)：“簽署這(zhe)個計劃，正是希望集中(zhong)(zhong)全球(qiu)科技力量，共(gong)同攻(gong)克難題。”

“這些年來(lai)，我國(guo)磁(ci)約束聚變(bian)研(yan)究(jiu)進展(zhan)得益于參加ITER計劃。”段旭(xu)如(ru)說，利用(yong)這一良好國(guo)際(ji)合作平(ping)臺，在(zai)國(guo)家(jia)有關部(bu)委的大力(li)支持下(xia)，我國(guo)核聚變(bian)研(yan)究(jiu)實(shi)現了高(gao)質量(liang)發展(zhan)，磁(ci)約束核聚變(bian)研(yan)究(jiu)從過(guo)去地跟跑步入了并(bing)跑階段，部(bu)分技術達到了國(guo)際(ji)領(ling)先水平(ping)。

中國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)積極(ji)(ji)參(can)與也推動了ITER計劃(hua)的(de)(de)快速發(fa)展。鐘武(wu)律表示，參(can)加ITER計劃(hua)以來，中國(guo)(guo)(guo)積極(ji)(ji)參(can)與建設，承擔(dan)著諸多(duo)核(he)心(xin)部件研(yan)發(fa)制(zhi)造（采購(gou)包）任務。“目前(qian)，中國(guo)(guo)(guo)承擔(dan)的(de)(de)ITER采購(gou)包，不管是在研(yan)發(fa)進度還是在完(wan)成質量方(fang)面，均處于7方(fang)的(de)(de)前(qian)列，為ITER建設貢(gong)獻了中國(guo)(guo)(guo)力(li)量與智慧(hui)。在國(guo)(guo)(guo)際聚變(bian)舞臺上，中國(guo)(guo)(guo)有(you)了更(geng)大(da)的(de)(de)話語權。”

除了(le)承擔中(zhong)方(fang)承諾的(de)任務(wu)外(wai)，中(zhong)方(fang)還積(ji)極爭取ITER其他關鍵任務(wu)。去年9月，中(zhong)核集(ji)團牽頭拿下了(le)ITER迄今金額最(zui)大的(de)主機總(zong)裝1號合(he)同。這個工(gong)程安(an)裝的(de)是ITER裝置最(zui)重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)核心設備，其重(zhong)(zhong)要(yao)性(xing)相當于核電站的(de)反應堆(dui)、人體里(li)的(de)心臟。這是有史以來中(zhong)國(guo)企業在歐(ou)洲市場中(zhong)標的(de)最(zui)大核能(neng)工(gong)程項目合(he)同。

“通過(guo)國際競(jing)標拿到了ITER項目最(zui)核心(xin)部分的安裝工程，證明我們的團隊在(zai)世界上是領先的。”中核集(ji)團董事長余(yu)劍鋒表(biao)示。

“從ITER計劃的進展以及國際(ji)核聚(ju)變發展進程看，我們有信心到21世紀中葉(xie)實現可控的核聚(ju)變發電。”段(duan)旭如(ru)充滿信心。

【責任編輯：趙藝涵】