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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)(he)聚變裝置俗稱“人造(zao)太(tai)陽”，是照亮人類未來(lai)的(de)終極能源夢想。近日(ri)，我國(guo)傳來(lai)好消息：由中(zhong)核(he)(he)集團牽頭的(de)中(zhong)法聯合(he)體為“人造(zao)太(tai)陽”核(he)(he)心(xin)設(she)備安裝工作全面開展創造(zao)了有利(li)條件——這是中(zhong)國(guo)向(xiang)核(he)(he)能高端市場邁出的(de)實質(zhi)性步(bu)伐，將為我國(guo)深(shen)度參與聚變國(guo)際合(he)作、自(zi)主設(she)計建造(zao)未來(lai)中(zhong)國(guo)聚變堆(dui)奠定堅實基礎(chu)。

近日，位于法(fa)國(guo)的世界上最(zui)大的核(he)(he)聚變(bian)反應(ying)堆(dui)——國(guo)際(ji)熱核(he)(he)聚變(bian)實(shi)驗堆(dui)（ITER）項目迎來了(le)重要(yao)里程碑時刻，施工(gong)人(ren)員開(kai)始(shi)安(an)裝(zhuang)反應(ying)堆(dui)托卡馬(ma)克的首個主(zhu)要(yao)部件。此前，由(you)中(zhong)核(he)(he)集團(tuan)牽頭的中(zhong)法(fa)聯合體按(an)期(qi)開(kai)展(zhan)了(le)相關安(an)裝(zhuang)底座(zuo)——杜瓦底座(zuo)的接收(shou)及吊裝(zhuang)準(zhun)備工(gong)作(zuo)，為核(he)(he)心設(she)備安(an)裝(zhuang)工(gong)作(zuo)全面開(kai)展(zhan)創造(zao)(zao)了(le)有利(li)條件。這是中(zhong)國(guo)向核(he)(he)能高端(duan)市(shi)場(chang)邁出的實(shi)質(zhi)性(xing)步伐(fa)，將為我國(guo)深度參與聚變(bian)國(guo)際(ji)合作(zuo)、自主(zhu)設(she)計建造(zao)(zao)未來中(zhong)國(guo)聚變(bian)堆(dui)奠定(ding)堅實(shi)基(ji)礎。

從“靠太陽”到“造太陽”

可(ke)控核聚(ju)變裝(zhuang)置俗稱“人(ren)造太陽(yang)”，是全球核聚(ju)變人(ren)一代(dai)代(dai)接力奔跑，致力于(yu)照亮人(ren)類未來的(de)(de)終極能源(yuan)夢想。伴隨全球人(ren)口(kou)增長(chang)與經濟發(fa)展，能源(yuan)需求(qiu)將持續增長(chang)。然而，地球化(hua)石燃料的(de)(de)儲量有限，尋找未來能源(yuan)成為當務(wu)之急(ji)。

萬(wan)物生長靠太陽(yang)，無論是(shi)傳統的(de)化(hua)石(shi)能(neng)(neng)(neng)源，還是(shi)風能(neng)(neng)(neng)、生物能(neng)(neng)(neng)等新型能(neng)(neng)(neng)源，其本質都(dou)是(shi)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)。而太陽(yang)的(de)能(neng)(neng)(neng)量，科(ke)學家們早已探(tan)明究竟：來自其內部的(de)核聚變反應(ying)。

那么，我們是(shi)否可以模擬太陽產(chan)生能(neng)量的(de)原(yuan)理，研發(fa)可控核聚變技術(shu)，從而制造“太陽”呢？

專(zhuan)家(jia)的回答是肯定的：不僅可以(yi)，而且是必須。

“可(ke)控(kong)核(he)聚(ju)變是(shi)目前人(ren)類認識到(dao)的，可(ke)以最(zui)終解決人(ren)類社會能源與環境問題、推動人(ren)類社會可(ke)持續(xu)發展的重要途徑之(zhi)一。”中核(he)集團(tuan)核(he)工(gong)業西南物(wu)理研(yan)究院院長段(duan)旭如表(biao)示。

從必(bi)要性來說，化石(shi)能源不可再生(sheng)且(qie)有(you)(you)(you)污染，風能、水(shui)能不穩(wen)定(ding)，核裂變能原(yuan)料有(you)(you)(you)限(xian)、核廢料有(you)(you)(you)放(fang)射性污染，因此，需(xu)要尋找資(zi)源豐富(fu)、清潔高效的(de)新能源——目前，最有(you)(you)(you)可能擔當(dang)這一角(jiao)色(se)的(de)只有(you)(you)(you)可控核聚變能。而且(qie)，可控核聚變不排(pai)放(fang)有(you)(you)(you)害(hai)氣體(ti)，有(you)(you)(you)利于解決當(dang)前的(de)環境污染問題。

從可(ke)行性來說，核(he)聚(ju)(ju)變的原料(liao)是(shi)氫(qing)的同位素(su)（氘和氚(chuan)），地球上含(han)量極為豐富。“氘在海水中(zhong)儲量極大，1公(gong)升(sheng)海水里提取出的氘，在完全(quan)聚(ju)(ju)變反應(ying)后，可(ke)釋放相當于(yu)燃燒300公(gong)升(sheng)汽油的能量。”段旭(xu)如說。

一字之差的困難

從(cong)核(he)裂變(bian)到(dao)核(he)聚變(bian)，從(cong)不(bu)可(ke)控(kong)到(dao)可(ke)控(kong)——僅一(yi)字(zi)之差，但技術難度(du)差別太(tai)大(da)了(le)。“世界上首顆(ke)原子彈(dan)爆(bao)炸后不(bu)到(dao)10年(nian)，核(he)裂變(bian)技術就(jiu)實現了(le)和平利用，建成了(le)核(he)電站。”中核(he)集團(tuan)核(he)工業西南(nan)物理(li)研究院(yuan)特聘(pin)研究員鐘武律(lv)說，因此(ci)，許(xu)多人(ren)曾樂觀地認(ren)為(wei)，用不(bu)了(le)多久就(jiu)能實現核(he)聚變(bian)的和平利用——然(ran)而，經(jing)過全(quan)世界科(ke)學家超過半個世紀的努力，至今仍未成功。

鐘武律做了(le)一個簡單比較。太(tai)陽能穩定核聚變，是(shi)因其內部不(bu)僅(jin)有1500萬攝(she)(she)氏度以上(shang)的(de)高(gao)(gao)溫，且約有3000億個大氣壓(ya)的(de)超高(gao)(gao)氣壓(ya)。而地球上(shang)無法達到(dao)如(ru)(ru)此(ci)高(gao)(gao)的(de)氣壓(ya)，只能在高(gao)(gao)溫上(shang)下功夫了(le)，需要把(ba)溫度提高(gao)(gao)到(dao)上(shang)億攝(she)(she)氏度才行。“先不(bu)說(shuo)如(ru)(ru)何產生這么高(gao)(gao)的(de)溫度，就算產生了(le)，也找不(bu)到(dao)容器(qi)‘盛(sheng)放’它。”鐘武律說(shuo)，地球上(shang)最耐(nai)高(gao)(gao)溫的(de)金屬(shu)材料鎢在3000多(duo)攝(she)(she)氏度就會熔化。

不過，人(ren)類不會被(bei)困難嚇倒。20世(shi)紀50年代開(kai)始(shi)，科學家們就經歷了一(yi)系(xi)列磁(ci)約束(shu)技術路線(xian)(xian)的(de)探索，到(dao)20世(shi)紀60年代，蘇聯科學家提出托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)(ke)方案(an)，效果驚人(ren)，備受關注。托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)(ke)，簡單來說是(shi)一(yi)種利用(yong)磁(ci)約束(shu)來實現受控核聚(ju)變的(de)環形容(rong)器。它的(de)中央是(shi)一(yi)個環形真空，外(wai)面圍繞著(zhu)線(xian)(xian)圈(quan)。通電時，其內部會產(chan)生巨(ju)大(da)螺旋形磁(ci)場，將其中的(de)等(deng)離子體加(jia)熱到(dao)很高溫(wen)度，以達到(dao)核聚(ju)變目的(de)。

“核聚(ju)變能(neng)是清潔安(an)全(quan)的，但仍(reng)需科學普及(ji)。”段旭如表示，就聚(ju)變堆而言，燃燒等離子體被約束(shu)在真空室內，且所含聚(ju)變堆中(zhong)的氘氚燃料含量低，不(bu)會爆炸，也不(bu)會導致(zhi)泄漏(lou)，幾乎沒有放射性(xing)污(wu)染。

勇擔重任的中國核電人

我國(guo)可控聚(ju)(ju)變(bian)研究(jiu)始自20世(shi)紀(ji)50年代，幾(ji)乎與國(guo)際上(shang)聚(ju)(ju)變(bian)研究(jiu)同步。

1965年，根據建設需要(yao)，我(wo)國(guo)建立了當時(shi)國(guo)內最大的聚變研究(jiu)基地——西南物理研究(jiu)所，也就是中核集(ji)團核工業西南物理研究(jiu)院的前身。

正(zheng)是在(zai)這里(li)，中(zhong)國(guo)核(he)聚(ju)(ju)變(bian)領域第一(yi)(yi)座大(da)(da)科(ke)學裝置——中(zhong)國(guo)環流器一(yi)(yi)號（HL－1）托卡(ka)馬克裝置于1984年建成(cheng)，成(cheng)為(wei)我國(guo)核(he)聚(ju)(ju)變(bian)研究史上的(de)一(yi)(yi)個重要(yao)里(li)程(cheng)碑。它的(de)成(cheng)功(gong)建造(zao)與(yu)運行為(wei)我國(guo)自主設計、建造(zao)、運行核(he)聚(ju)(ju)變(bian)實(shi)(shi)驗(yan)研究裝置積累(lei)了(le)豐富(fu)經(jing)驗(yan)，培養了(le)我國(guo)第一(yi)(yi)批核(he)聚(ju)(ju)變(bian)工程(cheng)技術及(ji)實(shi)(shi)驗(yan)運行人才(cai)隊伍，為(wei)我國(guo)發展(zhan)更(geng)高參(can)數的(de)磁約束聚(ju)(ju)變(bian)大(da)(da)科(ke)學裝置奠定了(le)堅實(shi)(shi)基(ji)礎。

從此，中(zhong)國(guo)磁約束聚變一(yi)(yi)步步從無(wu)到有，從小到大。1995年(nian)，中(zhong)國(guo)第一(yi)(yi)個超導托卡(ka)馬(ma)克裝(zhuang)(zhuang)置HT－7在合肥建成(cheng)(cheng)；2002年(nian)中(zhong)國(guo)建成(cheng)(cheng)第一(yi)(yi)個具有偏(pian)濾器位形的(de)托卡(ka)馬(ma)克裝(zhuang)(zhuang)置中(zhong)國(guo)環(huan)流器二號A（HL－2A）；2006年(nian)，世界上第一(yi)(yi)個全(quan)超導托卡(ka)馬(ma)克裝(zhuang)(zhuang)置東(dong)方超環(huan)（EAST）首次(ci)等離(li)子體(ti)放(fang)電成(cheng)(cheng)功……

預計今年在四川成(cheng)都投入運(yun)行的(de)(de)“中(zhong)國環流(liu)器二號M”裝(zhuang)置(zhi)，將成(cheng)為我國規模(mo)最大(da)、參數最高的(de)(de)磁約束可(ke)控核聚(ju)變實驗(yan)研(yan)究(jiu)裝(zhuang)置(zhi)。它可(ke)將我國現有裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)最高等離子體電流(liu)從1兆(zhao)安(an)培提高到3兆(zhao)安(an)培，離子溫度也將達到1億攝(she)氏度以上。

人類的共同目標

正如太陽(yang)造(zao)福(fu)于整(zheng)個地球，“人造(zao)太陽(yang)”的研(yan)(yan)制，將為(wei)人類帶(dai)來巨大福(fu)祉。但其(qi)技術挑戰大，研(yan)(yan)發困難重(zhong)重(zhong)，因此需集全(quan)球之力共(gong)同(tong)來攻(gong)克。

基于此，國(guo)(guo)際(ji)熱核聚(ju)變(bian)(bian)實驗堆（ITER）計劃(hua)2006年應運而生，由中(zhong)國(guo)(guo)、美國(guo)(guo)、歐盟、俄羅斯、日本(ben)、韓國(guo)(guo)和印度7方參與，計劃(hua)在法國(guo)(guo)普羅旺斯地區共同建造一個電站規模的(de)(de)聚(ju)變(bian)(bian)反應堆，也即世(shi)界(jie)上最(zui)大(da)(da)的(de)(de)托(tuo)卡馬克裝(zhuang)置。ITER是目(mu)前全球規模最(zui)大(da)(da)、影(ying)響最(zui)深遠(yuan)的(de)(de)國(guo)(guo)際(ji)科技合作項(xiang)目(mu)之一，凝聚(ju)了國(guo)(guo)際(ji)聚(ju)變(bian)(bian)界(jie)多年來的(de)(de)研究成果(guo)以及(ji)國(guo)(guo)際(ji)聚(ju)變(bian)(bian)界(jie)的(de)(de)技術力量(liang)。

“該(gai)項(xiang)目也是(shi)中(zhong)國以平等身份參加的最(zui)大國際科(ke)技合作項(xiang)目。其中(zhong)，中(zhong)國承擔了約9%的采購包研發(fa)任務。”段旭(xu)如表示(shi)：“簽署這(zhe)個計劃，正是(shi)希望(wang)集中(zhong)全球(qiu)科(ke)技力量(liang)，共同攻克難(nan)題。”

“這(zhe)些年(nian)來，我國(guo)(guo)(guo)(guo)磁約(yue)束(shu)聚(ju)變(bian)研究進展(zhan)得(de)益于參加ITER計劃。”段旭如(ru)說(shuo)，利用這(zhe)一(yi)良好國(guo)(guo)(guo)(guo)際合作平臺，在國(guo)(guo)(guo)(guo)家有關(guan)部(bu)委的(de)大力支(zhi)持下，我國(guo)(guo)(guo)(guo)核聚(ju)變(bian)研究實現了高質量(liang)發展(zhan)，磁約(yue)束(shu)核聚(ju)變(bian)研究從過(guo)去(qu)地跟(gen)跑(pao)步入(ru)了并跑(pao)階(jie)段，部(bu)分技術達(da)到了國(guo)(guo)(guo)(guo)際領先(xian)水平。

中國(guo)(guo)的積(ji)極(ji)參與(yu)也(ye)推動了(le)(le)ITER計(ji)劃(hua)的快(kuai)速(su)發(fa)(fa)展。鐘武律表(biao)示，參加ITER計(ji)劃(hua)以來，中國(guo)(guo)積(ji)極(ji)參與(yu)建設，承(cheng)擔(dan)著諸(zhu)多核(he)心部件研發(fa)(fa)制造（采購包）任務。“目前，中國(guo)(guo)承(cheng)擔(dan)的ITER采購包，不(bu)管是在研發(fa)(fa)進度還(huan)是在完(wan)成質量(liang)方面(mian)，均處于7方的前列，為ITER建設貢獻(xian)了(le)(le)中國(guo)(guo)力量(liang)與(yu)智慧。在國(guo)(guo)際聚變(bian)舞臺(tai)上，中國(guo)(guo)有了(le)(le)更(geng)大的話語權。”

除了承(cheng)擔中(zhong)方承(cheng)諾的(de)任務外，中(zhong)方還積極爭取ITER其他關(guan)鍵任務。去年(nian)9月，中(zhong)核(he)集(ji)團牽頭拿(na)下了ITER迄今(jin)金(jin)額最(zui)(zui)大的(de)主機總(zong)裝(zhuang)(zhuang)1號合同(tong)。這個工(gong)程(cheng)安裝(zhuang)(zhuang)的(de)是ITER裝(zhuang)(zhuang)置最(zui)(zui)重要的(de)核(he)心設(she)備，其重要性相(xiang)當于核(he)電站(zhan)的(de)反應堆、人(ren)體里的(de)心臟。這是有史以來中(zhong)國企業在歐洲(zhou)市場中(zhong)標(biao)的(de)最(zui)(zui)大核(he)能工(gong)程(cheng)項目合同(tong)。

“通過國際(ji)競標拿到(dao)了(le)ITER項目(mu)最核(he)心(xin)部分的安裝工程，證明(ming)我們的團隊在世(shi)界(jie)上是(shi)領(ling)先(xian)的。”中核(he)集團董事長余(yu)劍鋒表示。

“從ITER計劃(hua)的進展以及國際核聚變發展進程看，我們有信(xin)(xin)心到21世(shi)紀中葉(xie)實現可控的核聚變發電。”段(duan)旭如充滿信(xin)(xin)心。

【責(ze)任編輯：趙藝涵】