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中國環流器二號M裝置真空室吊裝。范 晉攝

中國環流器二號M裝置PF7B線圈起吊。范 晉攝

取得豐碩科研成果的中國環流器二號A裝置。關 宇攝

技術人員合力安裝真空室外壁磁通環。范 晉攝
　　（本版圖片均為中核集團核工業西南物理研究院提供）

萬物生長靠太陽。今天(tian)支撐人類社會運轉的(de)幾乎一切能(neng)源，從煤、石油、天(tian)然氣(qi)，到風能(neng)、生物能(neng)，其本質都(dou)是太陽能(neng)，而太陽上的(de)能(neng)量(liang)來自(zi)內(nei)部的(de)核聚變反應(ying)。

就(jiu)像(xiang)兒歌中所唱的(de)(de)(de)，“我有一(yi)個美麗(li)的(de)(de)(de)愿(yuan)望(wang)，長(chang)大(da)以(yi)后能(neng)播(bo)種(zhong)太(tai)(tai)陽”，長(chang)久以(yi)來，人類(lei)一(yi)直希望(wang)通過可(ke)控核聚變反應，來創造出“人造太(tai)(tai)陽”，從而獲(huo)得源源不絕的(de)(de)(de)能(neng)源，大(da)幅(fu)改善人們的(de)(de)(de)生活。

就在前(qian)不久，中(zhong)(zhong)國核(he)(he)工(gong)業集(ji)團宣布，新(xin)一代可控(kong)核(he)(he)聚變研(yan)究裝(zhuang)(zhuang)置“中(zhong)(zhong)國環流器二號(hao)M”，預計于(yu)2020年投(tou)入運行。中(zhong)(zhong)核(he)(he)集(ji)團核(he)(he)工(gong)業西南物理研(yan)究院(yuan)院(yuan)長段旭如表示，該實驗(yan)裝(zhuang)(zhuang)置的(de)建成(cheng)將為人(ren)類真正(zheng)掌握可控(kong)核(he)(he)聚變提(ti)供重(zhong)要技術支撐。我們距離(li)“人(ren)造太陽(yang)”的(de)夢想，又近了一步。

源源不絕的清潔能源

眾所周(zhou)知，石(shi)油是(shi)工(gong)業(ye)的(de)血液。但(dan)以石(shi)油為代表的(de)化石(shi)能(neng)源(yuan)，有兩個繞不開(kai)的(de)問題(ti)：一是(shi)不可再生，二是(shi)污染(ran)。即便頁巖(yan)氣、可燃冰(bing)等新型能(neng)源(yuan)被不斷開(kai)發，但(dan)歸根結(jie)底(di)都有消耗殆(dai)盡(jin)的(de)一天。而目前的(de)核(he)裂變能(neng)也存在(zai)著(zhu)反應原料（鈾(you)等）有限、核(he)廢(fei)料放射性污染(ran)的(de)問題(ti)。

有(you)沒有(you)一種能源(yuan)，既無窮無盡，又清(qing)潔(jie)環保？還真有(you)一個，就(jiu)是可控核聚(ju)變。

從“進口”上說，可控(kong)核聚變(bian)所需(xu)的(de)反(fan)應(ying)原(yuan)(yuan)料（氘(dao)(dao)原(yuan)(yuan)子(zi)和(he)氚(chuan)原(yuan)(yuan)子(zi)），在(zai)地球上非(fei)常豐(feng)富。氘(dao)(dao)在(zai)海(hai)水中儲(chu)量極大，1公升海(hai)水里(li)提取出的(de)氘(dao)(dao)，在(zai)完(wan)全的(de)聚變(bian)反(fan)應(ying)中可釋(shi)放相當于燃(ran)燒(shao)300公升汽油的(de)能(neng)量；而氚(chuan)可通(tong)過中子(zi)與(yu)鋰反(fan)應(ying)生成，在(zai)地殼和(he)海(hai)水中，鋰都是大量存(cun)在(zai)的(de)。

從(cong)“出(chu)口”上說(shuo)，可控核聚變的產物為(wei)氦和中子，不排放有(you)害氣體，也幾乎沒有(you)放射性(xing)污染(ran)，具有(you)環境友(you)好的優點。

“核聚變能一旦實(shi)現(xian)和平利用，地球上的能源將(jiang)取之(zhi)不盡用之(zhi)不竭，因(yin)能源短(duan)缺帶來的社會(hui)問題可(ke)得到徹(che)底解決，人(ren)們的生活水平也將(jiang)因(yin)此而(er)得到極(ji)大(da)提(ti)高。”段旭如(ru)說，像(xiang)海水淡化、星際飛船這類工程，過去(qu)因(yin)耗(hao)能太大(da)而(er)令(ling)人(ren)們猶豫不決，而(er)未來在(zai)可(ke)控(kong)核聚變能的支持下(xia)，都(dou)將(jiang)能夠更(geng)快(kuai)發(fa)展(zhan)。

不(bu)僅零污染、用(yong)不(bu)完，可控(kong)核(he)聚變還有(you)另一個重要特點(dian)：固(gu)有(you)安全性(xing)。許多人一想到用(yong)核(he)能發電，就會想到切爾諾貝利核(he)事故或者福島核(he)事故，從而有(you)了(le)“恐核(he)”心理，談核(he)色變。事實上，核(he)聚變反應需要氘氚燃料達(da)到上億攝氏(shi)度(du)的(de)(de)高(gao)溫(wen)和足夠高(gao)的(de)(de)密(mi)度(du)等苛刻條(tiao)件，任何(he)一點(dian)細微條(tiao)件的(de)(de)缺失，都會導致(zhi)溫(wen)度(du)密(mi)度(du)的(de)(de)下降，致(zhi)使聚變反應停(ting)止(zhi)。

然而，世界上仍然有許多環(huan)保機(ji)構公開指責(ze)核(he)(he)聚變(bian)所(suo)存在(zai)的安全隱患(huan)，包括產生核(he)(he)廢料(liao)以及核(he)(he)泄漏的風險。對(dui)此，段旭如解釋(shi)：“由于燃燒的氘氚(chuan)等離子體被(bei)磁(ci)場(chang)約束在(zai)真空容器內，其(qi)密度比空氣(qi)低數個量(liang)級，聚變(bian)堆氘氚(chuan)燃料(liao)含量(liang)也(ye)較低，因(yin)此不(bu)會引起爆炸，也(ye)不(bu)會導致泄漏事(shi)故(gu)。”

理想很(hen)美好，但實現起來并不容易。一個最明顯的問題，就(jiu)是用什么容器來承載(zai)核(he)聚變(bian)。

據段旭(xu)如介紹，在地球(qiu)上(shang)(shang)利用核(he)聚變(bian)能(neng)，要求在人工(gong)控制條件下等離(li)子(zi)體的(de)離(li)子(zi)溫(wen)(wen)度(du)(du)達到1億攝氏度(du)(du)以上(shang)(shang)。“1億度(du)(du)是什(shen)么概念？太陽的(de)核(he)心(xin)溫(wen)(wen)度(du)(du)大概在1500萬(wan)度(du)(du)至(zhi)(zhi)2000萬(wan)度(du)(du)；而地球(qiu)上(shang)(shang)最耐高(gao)溫(wen)(wen)的(de)金屬(shu)材(cai)料(liao)鎢在3000多度(du)(du)就會熔化(hua)。1億度(du)(du)，已經超過(guo)太陽核(he)心(xin)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)5至(zhi)(zhi)6倍(bei)了(le)。”中核(he)集團核(he)工(gong)業西南(nan)物理研究院(yuan)特聘研究員鐘(zhong)武律解釋說(shuo)，“在地球(qiu)上(shang)(shang)，沒有任何材(cai)料(liao)可(ke)以把1億度(du)(du)高(gao)溫(wen)(wen)的(de)等離(li)子(zi)體給直接包裹起來。”

不(bu)(bu)過(guo)這個問題還(huan)是難不(bu)(bu)倒(dao)人(ren)(ren)類科(ke)學(xue)家，他們“無招勝有招”，想(xiang)出了用強磁場來(lai)約束高溫核聚變(bian)燃料(liao)的辦(ban)法。但具體用什么裝置來(lai)實現，還(huan)要繼續探索(suo)。從(cong)20世(shi)紀50年(nian)(nian)代(dai)開始，英、美、蘇等(deng)國科(ke)學(xue)家前赴后繼，快(kuai)箍縮、磁鏡、仿星器等(deng)不(bu)(bu)同(tong)的技術(shu)路線此消彼長(chang)。競爭(zheng)延續到了1960年(nian)(nian)代(dai)，最終(zhong)由蘇聯科(ke)學(xue)家提出的托卡(ka)馬克方案異軍突起(qi)，效果驚人(ren)(ren)，國際(ji)聚變(bian)界(jie)的重點研究方向(xiang)隨之轉向(xiang)了托卡(ka)馬克。

攻堅克難的核聚變人

當世(shi)界的可(ke)控核聚變(bian)研(yan)究如火如荼時，中國(guo)“人(ren)造太陽”的建設也沒有掉隊。早在1955年，錢(qian)三(san)強和(he)剛留(liu)美(mei)歸來(lai)的李正武等科學家(jia)便提議(yi)開展中國(guo)的“可(ke)控熱核反應”研(yan)究，這與國(guo)際社會關(guan)注核聚變(bian)幾乎同(tong)步。

1965年(nian)，根據(ju)國(guo)家(jia)“三線”建設統一規劃，在四川省樂(le)山市郊(jiao)區(qu)，建立了當時(shi)中國(guo)最(zui)大的(de)核聚變研(yan)(yan)究基(ji)地——西南物理研(yan)(yan)究所，這也(ye)是中核集團核工業(ye)西南物理研(yan)(yan)究院（以(yi)下簡稱“核西物院”）的(de)前身(shen)。

而(er)中國核聚變研究(jiu)史(shi)上的重要里程碑，當屬1984年中國環(huan)流器一(yi)號(hao)（HL－1）的建(jian)成。這是中國核聚變領域的第一(yi)座(zuo)大科學裝(zhuang)置，它為(wei)中國自(zi)主設(she)計、建(jian)造(zao)、運行“人造(zao)太陽(yang)”培(pei)養(yang)了(le)大批人才，積(ji)累了(le)豐富經驗。

上(shang)世(shi)紀(ji)80年代(dai)，作家(jia)莫然曾造訪(fang)位于108級(ji)石(shi)梯(ti)之高的荒(huang)山上(shang)的研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)所。據她回憶，剛(gang)搬遷至樂山時，所里(li)條(tiao)件簡陋，可謂一貧如洗(xi)。研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者(zhe)缺乏住所，甚至只能(neng)睡(shui)在(zai)(zai)帳篷里(li)。但(dan)中(zhong)國可控核聚(ju)變研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)的“搖籃”恰恰是誕生在(zai)(zai)這樣(yang)艱苦的環境(jing)中(zhong)，這離不開(kai)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者(zhe)開(kai)荒(huang)拓土、篳路藍(lan)縷之功。正(zheng)如莫然所說：“盡(jin)管研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)所的房間就像(xiang)山洞一樣(yang)，但(dan)我們的科學家(jia)具(ju)有舍己的奉獻精神，就在(zai)(zai)那(nei)樣(yang)的環境(jing)中(zhong)，他(ta)們制造出了‘中(zhong)國環流器(qi)一號’，光設計圖(tu)紙(zhi)就有3層樓那(nei)樣(yang)高。”

從(cong)此，中(zhong)國磁約(yue)束聚變一(yi)(yi)步(bu)(bu)步(bu)(bu)從(cong)無到有，從(cong)小到大，從(cong)弱(ruo)到強。1995年中(zhong)國第一(yi)(yi)個(ge)超(chao)(chao)導托(tuo)卡馬(ma)克裝置HT-7在合肥建成；2002年中(zhong)國建成第一(yi)(yi)個(ge)具(ju)有偏濾器(qi)位形的托(tuo)卡馬(ma)克裝置中(zhong)國環流器(qi)二號 A（HL－2A）；2006年，世界上(shang)第一(yi)(yi)個(ge)全(quan)超(chao)(chao)導托(tuo)卡馬(ma)克裝置東方(fang)超(chao)(chao)環（EAST）首(shou)次(ci)等離(li)子(zi)體放電成功……

而預計2020年投入運行的“中(zhong)國環(huan)流器二號M”裝(zhuang)置(zhi)(zhi)將(jiang)成為中(zhong)國規模最大、參數最高(gao)的磁約束可控核聚(ju)變實驗研究(jiu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，其(qi)等(deng)離(li)子(zi)(zi)體體積(ji)為中(zhong)國現有裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的2倍以上(shang)，離(li)子(zi)(zi)溫度(du)將(jiang)達(da)到1億攝氏度(du)以上(shang)，可將(jiang)電流從(cong)中(zhong)國現有裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的1兆安培提高(gao)到3兆安培。

作為一個歷經多(duo)年(nian)研制的實(shi)(shi)驗項(xiang)目(mu)，中國環流(liu)器二號M精細的部(bu)件工藝很多(duo)都是(shi)前無(wu)古人的創造。就像在裝(zhuang)置設(she)備“真空(kong)室”中，許多(duo)細小的誤(wu)差(cha)是(shi)現有檢測儀(yi)器所無(wu)法感知(zhi)的，很多(duo)時候(hou)甚(shen)至需要(yao)自主開(kai)發新的檢驗設(she)備，因(yin)為連塵埃般大小的缺(que)陷都會影響(xiang)最終的實(shi)(shi)驗結果(guo)。

為了(le)保(bao)障中(zhong)心(xin)柱這個高約(yue)2層(ceng)樓、重約(yue)80噸(dun)的裝(zhuang)(zhuang)置設備在(zai)移(yi)動過程(cheng)中(zhong)不(bu)受磕碰，且安裝(zhuang)(zhuang)精度不(bu)超過0.1毫米偏(pian)差(cha)，二號M裝(zhuang)(zhuang)置線圈(quan)(quan)團隊在(zai)1個月(yue)內做了(le)十幾種方案，短短2分鐘的路程(cheng)，研究團隊最終耗費了(le)近9個小時才成功完成搬運。“移(yi)動中(zhong)，大家像呵(he)護寶貝一樣(yang)。”項(xiang)目線圈(quan)(quan)組負責人(ren)劉(liu)曉龍(long)說，“還不(bu)錯，我們成功了(le)。”

“既然把任務交給(gei)(gei)我們這個團隊了，我們就有義務把事情做好，給(gei)(gei)中核(he)集(ji)團、給(gei)(gei)核(he)工業(ye)乃至國家一(yi)個交代(dai)。”中國環流(liu)器(qi)二號M裝置項目經理劉永的話擲地有聲。

走向國際的中國團隊

可控(kong)核(he)聚(ju)變研究非常困難，難到什(shen)么(me)程度？鐘(zhong)武(wu)律給我們(men)做了(le)一個比較(jiao)：“世(shi)界上第一顆原子彈(dan)爆炸(zha)以(yi)后，不到十年核(he)裂變就實現(xian)了(le)和(he)平利用，建(jian)成(cheng)了(le)核(he)電站。科(ke)學(xue)家們(men)想(xiang)，氫彈(dan)成(cheng)功以(yi)后，應該也用不了(le)多長時間就能夠(gou)實現(xian)核(he)聚(ju)變的和(he)平利用，實現(xian)可控(kong)核(he)聚(ju)變。但后來(lai)(lai)的研究發現(xian)，并沒有那么(me)簡單，它需要全(quan)世(shi)界的科(ke)學(xue)家一起(qi)來(lai)(lai)努(nu)力完(wan)成(cheng)。”

于是(shi)就(jiu)有了2006年國(guo)際(ji)熱核聚變(bian)實驗堆（ITER）計(ji)劃(hua)的(de)(de)簽(qian)署。由中國(guo)、美國(guo)、歐盟、俄羅(luo)斯、日(ri)本(ben)、韓國(guo)和印度七方參與(yu)，計(ji)劃(hua)在(zai)法國(guo)南部普羅(luo)旺(wang)斯地區共同(tong)建造一(yi)個世(shi)界(jie)上最大的(de)(de)托卡馬克裝置。ITER是(shi)目(mu)前全球影響(xiang)最深(shen)遠(yuan)且最大的(de)(de)國(guo)際(ji)合作項目(mu)之一(yi)，也是(shi)中國(guo)以平等身(shen)份參加的(de)(de)最大國(guo)際(ji)科技合作項目(mu)。其中，中國(guo)承擔了大概9%的(de)(de)采購包研發(fa)任(ren)務。

“我(wo)國這(zhe)些年(nian)磁約(yue)束聚變研(yan)究(jiu)進展得(de)益于參加ITER計(ji)劃。”段旭如(ru)說，比如(ru)中國環流器二號M在設計(ji)建造過程中，通過與國際上現有托卡馬(ma)克裝置的交流學(xue)習，吸(xi)取(qu)了許多設計(ji)建造與運行托卡馬(ma)克的成功經驗。

鐘武律(lv)還舉(ju)了核(he)西物院研發ITER第(di)一(yi)壁采購包半(ban)原型(xing)部件(jian)的(de)例子。“這(zhe)是中國(guo)團(tuan)隊(dui)承(cheng)(cheng)擔的(de)一(yi)份高難度任(ren)務。當時世界(jie)(jie)上(shang)滿足ITER第(di)一(yi)壁特(te)殊(shu)材料(liao)要求的(de)只有(you)美國(guo)。我院的(de)科(ke)研團(tuan)隊(dui)聯合國(guo)內有(you)關(guan)單位通過十(shi)多年的(de)努力(li)，不僅在特(te)殊(shu)材料(liao)的(de)制備上(shang)，而(er)且在焊接工藝(yi)等(deng)多項技(ji)術上(shang)取(qu)得了突(tu)破，2016年成(cheng)(cheng)功研制的(de)ITER超熱負荷第(di)一(yi)壁半(ban)原型(xing)部件(jian)在國(guo)際上(shang)率先通過認證，也讓中國(guo)在這(zhe)個技(ji)術上(shang)達到(dao)世界(jie)(jie)先進水平。”鐘武律(lv)說(shuo)，“目前中國(guo)承(cheng)(cheng)擔的(de)ITER采購包，不管是在研發進度還是在完成(cheng)(cheng)質量方(fang)面，都(dou)處于(yu)七方(fang)的(de)前列。在國(guo)際聚變舞臺上(shang)，中國(guo)有(you)了更大的(de)話語權(quan)。”

對中(zhong)國可控(kong)核(he)聚變實力的(de)(de)認可，還在(zai)不斷升(sheng)級。2019年9月30日，ITER主機安裝一號合(he)(he)同(tong)在(zai)北京簽約，由中(zhong)核(he)集團牽頭的(de)(de)中(zhong)法聯合(he)(he)體(ti)中(zhong)標該工程(cheng)(cheng)。這(zhe)(zhe)個工程(cheng)(cheng)安裝的(de)(de)是ITER裝置最(zui)重要(yao)的(de)(de)核(he)心設(she)備(bei)，其重要(yao)性相當于核(he)電站的(de)(de)反應堆、人體(ti)里的(de)(de)心臟。這(zhe)(zhe)是有史以(yi)來中(zhong)國企業在(zai)歐洲市場中(zhong)標的(de)(de)最(zui)大核(he)能工程(cheng)(cheng)項目(mu)合(he)(he)同(tong)。

ITER組織總干事比戈說：“我(wo)們(men)很高興找到(dao)了(le)高素(su)質的(de)積極的(de)合作(zuo)伙伴來完成(cheng)這項(xiang)工作(zuo)。我(wo)們(men)期待著(zhu)與世界知名的(de)行業(ye)專(zhuan)家合作(zuo)，按(an)時、按(an)規格安裝世界上最(zui)具挑(tiao)戰性、最(zui)有前途和最(zui)重(zhong)要的(de)科(ke)學設備之一。”

“通過國際競(jing)標(biao)拿到了(le)ITER項(xiang)目最核(he)(he)(he)心部(bu)分的(de)安裝(zhuang)工(gong)程，證明(ming)我(wo)們(men)的(de)團隊在世界(jie)上是領先的(de)。”中核(he)(he)(he)集(ji)團董事(shi)(shi)長余(yu)劍(jian)鋒豪情(qing)滿(man)懷地總結道，“這也標(biao)志著我(wo)們(men)國家在核(he)(he)(he)電事(shi)(shi)業，在核(he)(he)(he)能工(gong)程的(de)建設(she)安裝(zhuang)方(fang)面，達到了(le)世界(jie)先進水平(ping)。”（記者(zhe) 韓維正 劉樂藝）

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