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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(kong)核(he)(he)聚變裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)俗稱“人造太(tai)陽”，是照亮人類(lei)未來(lai)的終極能源夢想。近日(ri)，我國(guo)(guo)傳來(lai)好消息：由(you)中(zhong)核(he)(he)集團(tuan)牽頭的中(zhong)法聯合(he)體(ti)為“人造太(tai)陽”核(he)(he)心設備安(an)裝(zhuang)(zhuang)工作全面開展創造了有利條件——這是中(zhong)國(guo)(guo)向(xiang)核(he)(he)能高端(duan)市場邁出的實質性步伐，將為我國(guo)(guo)深度參與聚變國(guo)(guo)際合(he)作、自(zi)主(zhu)設計(ji)建造未來(lai)中(zhong)國(guo)(guo)聚變堆奠定堅實基礎。

近日，位于法國(guo)(guo)的(de)(de)世界上最大(da)的(de)(de)核聚(ju)變(bian)反應(ying)堆——國(guo)(guo)際(ji)熱核聚(ju)變(bian)實驗堆（ITER）項目(mu)迎來(lai)了重要(yao)里程碑時(shi)刻，施工人員(yuan)開始安(an)裝反應(ying)堆托卡馬克的(de)(de)首個主要(yao)部(bu)件。此(ci)前，由中(zhong)核集團(tuan)牽頭的(de)(de)中(zhong)法聯合體按期開展了相關安(an)裝底(di)座(zuo)(zuo)——杜瓦(wa)底(di)座(zuo)(zuo)的(de)(de)接(jie)收及吊裝準備工作(zuo)，為(wei)核心設備安(an)裝工作(zuo)全面開展創造了有利(li)條件。這(zhe)是(shi)中(zhong)國(guo)(guo)向核能(neng)高端(duan)市場邁(mai)出(chu)的(de)(de)實質性(xing)步伐，將為(wei)我國(guo)(guo)深(shen)度(du)參與聚(ju)變(bian)國(guo)(guo)際(ji)合作(zuo)、自(zi)主設計建(jian)造未來(lai)中(zhong)國(guo)(guo)聚(ju)變(bian)堆奠定堅實基礎。

從“靠太陽”到“造太陽”

可(ke)控核聚變裝(zhuang)置(zhi)俗稱(cheng)“人(ren)(ren)造太陽(yang)”，是全(quan)球(qiu)核聚變人(ren)(ren)一代(dai)代(dai)接力奔跑，致力于(yu)照亮人(ren)(ren)類未(wei)來的終極能(neng)源(yuan)夢想。伴(ban)隨全(quan)球(qiu)人(ren)(ren)口增(zeng)長(chang)與經濟發展，能(neng)源(yuan)需求將持續增(zeng)長(chang)。然而，地球(qiu)化石燃料的儲(chu)量有限，尋(xun)找(zhao)未(wei)來能(neng)源(yuan)成為(wei)當務之急(ji)。

萬(wan)物生長靠太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)，無論是傳(chuan)統的(de)(de)化石(shi)能源(yuan)，還是風能、生物能等新型能源(yuan)，其本(ben)質(zhi)都是太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能。而(er)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)的(de)(de)能量，科學(xue)家們(men)早已探(tan)明究(jiu)竟：來自其內(nei)部的(de)(de)核聚變反應。

那么(me)，我(wo)們是(shi)否(fou)可(ke)以模擬太陽(yang)產生能量的(de)原理，研(yan)發可(ke)控核(he)聚變技術，從(cong)而制造“太陽(yang)”呢？

專(zhuan)家的(de)回答是肯定的(de)：不僅(jin)可以，而(er)且(qie)是必(bi)須。

“可控核聚變(bian)是(shi)目前人(ren)(ren)類(lei)認識到的(de)，可以最終解(jie)決(jue)人(ren)(ren)類(lei)社會(hui)能源(yuan)與環境問題(ti)、推動人(ren)(ren)類(lei)社會(hui)可持續發展的(de)重(zhong)要途徑之一。”中核集團核工業西(xi)南物理研究院(yuan)院(yuan)長段旭如表示。

從必要性(xing)來說，化石能(neng)源不(bu)可再生且(qie)(qie)有(you)污(wu)(wu)染，風能(neng)、水能(neng)不(bu)穩定，核(he)裂變能(neng)原(yuan)料(liao)有(you)限、核(he)廢料(liao)有(you)放射性(xing)污(wu)(wu)染，因此，需要尋找資源豐(feng)富、清潔高(gao)效(xiao)的(de)新能(neng)源——目前，最有(you)可能(neng)擔當這一角色的(de)只有(you)可控核(he)聚(ju)變能(neng)。而且(qie)(qie)，可控核(he)聚(ju)變不(bu)排放有(you)害氣體(ti)，有(you)利于解決當前的(de)環境(jing)污(wu)(wu)染問題。

從可行性(xing)來說(shuo)(shuo)，核聚變的(de)原料是氫的(de)同位素（氘(dao)和氚），地球上(shang)含量(liang)(liang)極(ji)為豐富。“氘(dao)在(zai)海(hai)水(shui)中儲量(liang)(liang)極(ji)大，1公升海(hai)水(shui)里提取出(chu)的(de)氘(dao)，在(zai)完全聚變反應后，可釋放相(xiang)當于(yu)燃燒(shao)300公升汽油的(de)能(neng)量(liang)(liang)。”段旭如(ru)說(shuo)(shuo)。

一字之差的困難

從核(he)(he)裂變(bian)到核(he)(he)聚(ju)變(bian)，從不可控(kong)到可控(kong)——僅一字之差，但(dan)技術(shu)難度差別太(tai)大了。“世(shi)界上首顆原子(zi)彈爆(bao)炸后不到10年，核(he)(he)裂變(bian)技術(shu)就實現了和平利用，建成了核(he)(he)電站。”中核(he)(he)集(ji)團核(he)(he)工業西南物理研究院特聘研究員鐘武律說，因此(ci)，許多人曾樂觀地認為，用不了多久就能實現核(he)(he)聚(ju)變(bian)的(de)和平利用——然而，經(jing)過全世(shi)界科學家超(chao)過半個世(shi)紀的(de)努力(li)，至(zhi)今(jin)仍未成功。

鐘武律做(zuo)了(le)一(yi)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(du)以上(shang)的(de)高溫(wen)，且(qie)約有3000億個大氣壓的(de)超高氣壓。而地球上(shang)無法達到如(ru)(ru)此高的(de)氣壓，只能在(zai)高溫(wen)上(shang)下功夫了(le)，需(xu)要把溫(wen)度(du)提高到上(shang)億攝氏度(du)才行。“先不說如(ru)(ru)何(he)產生(sheng)這么高的(de)溫(wen)度(du)，就算產生(sheng)了(le)，也找不到容器‘盛放’它。”鐘武律說，地球上(shang)最耐高溫(wen)的(de)金屬材料鎢在(zai)3000多攝氏度(du)就會熔化。

不過，人類不會被困難嚇倒(dao)。20世紀(ji)50年(nian)代(dai)開始，科(ke)學(xue)(xue)家們就經(jing)歷(li)了一(yi)系列磁約束技術路線(xian)(xian)的探索，到20世紀(ji)60年(nian)代(dai)，蘇(su)聯科(ke)學(xue)(xue)家提(ti)出托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)(ke)方案，效果驚(jing)人，備受關注(zhu)。托(tuo)卡(ka)馬(ma)克(ke)(ke)，簡單來(lai)說是一(yi)種利用磁約束來(lai)實現受控核聚變(bian)的環(huan)(huan)形(xing)容器。它(ta)的中(zhong)央是一(yi)個(ge)環(huan)(huan)形(xing)真空，外面圍(wei)繞(rao)著線(xian)(xian)圈。通電時，其內部會產生巨大螺旋形(xing)磁場，將其中(zhong)的等離子體加熱到很高溫度，以達到核聚變(bian)目的。

“核聚(ju)(ju)變能是清(qing)潔安(an)全的(de)，但仍需科學(xue)普及。”段旭如表示(shi)，就聚(ju)(ju)變堆(dui)而言(yan)，燃燒(shao)等離子體被約束在(zai)真空(kong)室(shi)內，且所含聚(ju)(ju)變堆(dui)中的(de)氘氚燃料(liao)含量低，不會爆炸，也(ye)不會導致(zhi)泄(xie)漏，幾乎沒有放(fang)射性污(wu)染(ran)。

勇擔重任的中國核電人

我國(guo)可控聚變(bian)研究始自20世紀50年代，幾(ji)乎與國(guo)際(ji)上聚變(bian)研究同步。

1965年，根(gen)據建設(she)需要，我國建立了當時國內最大的聚變研(yan)究基地——西(xi)南物理(li)研(yan)究所，也就是(shi)中核集(ji)團核工(gong)業西(xi)南物理(li)研(yan)究院的前身。

正(zheng)是在這里，中國(guo)(guo)核聚(ju)變領域第一座大(da)(da)科(ke)學裝置(zhi)——中國(guo)(guo)環(huan)流(liu)器一號(hao)（HL－1）托(tuo)卡馬克裝置(zhi)于1984年建(jian)成，成為(wei)我(wo)國(guo)(guo)核聚(ju)變研(yan)(yan)究(jiu)史上(shang)的一個重要里程碑。它的成功(gong)建(jian)造與運(yun)行為(wei)我(wo)國(guo)(guo)自主設計、建(jian)造、運(yun)行核聚(ju)變實(shi)驗研(yan)(yan)究(jiu)裝置(zhi)積累(lei)了(le)豐富(fu)經驗，培(pei)養了(le)我(wo)國(guo)(guo)第一批核聚(ju)變工程技術及實(shi)驗運(yun)行人(ren)才隊伍，為(wei)我(wo)國(guo)(guo)發展(zhan)更高參數(shu)的磁約(yue)束聚(ju)變大(da)(da)科(ke)學裝置(zhi)奠(dian)定了(le)堅(jian)實(shi)基礎。

從此，中(zhong)國(guo)磁約束聚變一(yi)步步從無到有，從小到大。1995年，中(zhong)國(guo)第一(yi)個超(chao)導(dao)托卡(ka)馬克(ke)裝置(zhi)HT－7在合肥建(jian)成(cheng)；2002年中(zhong)國(guo)建(jian)成(cheng)第一(yi)個具有偏(pian)濾(lv)器位形的(de)托卡(ka)馬克(ke)裝置(zhi)中(zhong)國(guo)環流(liu)器二號A（HL－2A）；2006年，世(shi)界上第一(yi)個全超(chao)導(dao)托卡(ka)馬克(ke)裝置(zhi)東(dong)方(fang)超(chao)環（EAST）首(shou)次(ci)等離(li)子體放電成(cheng)功(gong)……

預(yu)計(ji)今年(nian)在四川(chuan)成都(dou)投入運行的“中國(guo)環流器二號M”裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，將(jiang)成為我國(guo)規模最(zui)大、參數最(zui)高的磁(ci)約束可控核聚變(bian)實驗研究裝(zhuang)置(zhi)(zhi)。它可將(jiang)我國(guo)現(xian)有(you)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的最(zui)高等離子體電(dian)流從1兆安培提高到(dao)3兆安培，離子溫度也將(jiang)達到(dao)1億攝氏度以上。

人類的共同目標

正如(ru)太陽造福(fu)于整個地球，“人造太陽”的研(yan)制，將為人類帶來(lai)巨大福(fu)祉。但其技術挑戰(zhan)大，研(yan)發困(kun)難重(zhong)重(zhong)，因此需集全球之力共同來(lai)攻克。

基于此，國(guo)(guo)際(ji)熱核聚變(bian)實(shi)驗堆（ITER）計劃2006年(nian)應運而(er)生(sheng)，由中國(guo)(guo)、美國(guo)(guo)、歐盟(meng)、俄羅斯、日本、韓國(guo)(guo)和印度7方參與(yu)，計劃在法國(guo)(guo)普羅旺斯地區共同建造一(yi)個電站(zhan)規模的聚變(bian)反應堆，也即世界上(shang)最(zui)大的托卡馬克裝(zhuang)置。ITER是目前全球(qiu)規模最(zui)大、影響最(zui)深遠的國(guo)(guo)際(ji)科技合作項目之一(yi)，凝(ning)聚了國(guo)(guo)際(ji)聚變(bian)界多年(nian)來的研究成果(guo)以及國(guo)(guo)際(ji)聚變(bian)界的技術力量(liang)。

“該項目也是(shi)中國以(yi)平等身(shen)份參(can)加的(de)最大國際(ji)科技合作(zuo)項目。其中，中國承(cheng)擔了約9%的(de)采購包研發(fa)任務。”段旭如(ru)表示：“簽(qian)署(shu)這個(ge)計劃(hua)，正是(shi)希望集中全球科技力量，共(gong)同(tong)攻克難(nan)題。”

“這(zhe)些年來，我國(guo)(guo)(guo)磁約(yue)束(shu)聚變研(yan)究(jiu)(jiu)進(jin)展(zhan)得益(yi)于參加ITER計(ji)劃(hua)。”段(duan)旭(xu)如(ru)說，利用這(zhe)一良好國(guo)(guo)(guo)際(ji)合(he)作(zuo)平臺，在國(guo)(guo)(guo)家(jia)有關部委的大力支(zhi)持下(xia)，我國(guo)(guo)(guo)核(he)聚變研(yan)究(jiu)(jiu)實現了高質量發(fa)展(zhan)，磁約(yue)束(shu)核(he)聚變研(yan)究(jiu)(jiu)從過去地跟跑步(bu)入(ru)了并跑階段(duan)，部分技術達到了國(guo)(guo)(guo)際(ji)領先水平。

中國(guo)的積極(ji)參(can)(can)與(yu)也推動(dong)了(le)ITER計(ji)劃(hua)的快速發(fa)展。鐘武律(lv)表示，參(can)(can)加ITER計(ji)劃(hua)以來，中國(guo)積極(ji)參(can)(can)與(yu)建設，承擔(dan)著(zhu)諸(zhu)多核心部(bu)件研(yan)發(fa)制造（采(cai)(cai)購包）任務。“目前，中國(guo)承擔(dan)的ITER采(cai)(cai)購包，不管是在研(yan)發(fa)進度還(huan)是在完成質量(liang)(liang)方面，均(jun)處(chu)于7方的前列，為ITER建設貢(gong)獻了(le)中國(guo)力量(liang)(liang)與(yu)智慧。在國(guo)際聚變舞臺(tai)上，中國(guo)有(you)了(le)更大的話語權。”

除(chu)了(le)承(cheng)擔中(zhong)方(fang)承(cheng)諾的(de)(de)任務外，中(zhong)方(fang)還積極爭取ITER其他關鍵任務。去年9月，中(zhong)核(he)集團(tuan)牽頭拿下了(le)ITER迄今金額最大的(de)(de)主機總裝(zhuang)1號合同。這(zhe)個(ge)工(gong)程(cheng)安裝(zhuang)的(de)(de)是ITER裝(zhuang)置最重(zhong)要(yao)的(de)(de)核(he)心設備，其重(zhong)要(yao)性相當(dang)于核(he)電站的(de)(de)反(fan)應(ying)堆(dui)、人體里的(de)(de)心臟(zang)。這(zhe)是有史以來(lai)中(zhong)國企業在歐洲市場中(zhong)標的(de)(de)最大核(he)能工(gong)程(cheng)項目合同。

“通過(guo)國際競標拿到(dao)了ITER項目最(zui)核(he)心部分(fen)的(de)安裝(zhuang)工程，證明我們(men)的(de)團隊在世界(jie)上(shang)是領(ling)先的(de)。”中核(he)集(ji)團董事(shi)長余劍(jian)鋒表(biao)示。

“從ITER計劃的進展(zhan)以及國際(ji)核(he)聚變發展(zhan)進程看，我們有信心到21世(shi)紀中葉實(shi)現可控的核(he)聚變發電。”段旭(xu)如充滿信心。

【責任編輯：趙(zhao)藝涵】