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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(ke)控核聚變(bian)裝置俗稱“人造(zao)(zao)太(tai)(tai)陽”，是照(zhao)亮人類未來(lai)的終(zhong)極能(neng)源夢想。近日，我國(guo)(guo)(guo)傳來(lai)好(hao)消(xiao)息：由中核集團牽頭(tou)的中法聯合體為“人造(zao)(zao)太(tai)(tai)陽”核心(xin)設備安(an)裝工作(zuo)全面開(kai)展創造(zao)(zao)了有利條件——這是中國(guo)(guo)(guo)向(xiang)核能(neng)高(gao)端市(shi)場邁出的實質性步伐(fa)，將為我國(guo)(guo)(guo)深度(du)參與聚變(bian)國(guo)(guo)(guo)際合作(zuo)、自主設計建(jian)造(zao)(zao)未來(lai)中國(guo)(guo)(guo)聚變(bian)堆奠定堅實基礎。

近日，位(wei)于法國的(de)世界上最(zui)大的(de)核聚(ju)變(bian)反應(ying)堆——國際熱核聚(ju)變(bian)實驗堆（ITER）項目迎來了(le)重要里程碑時刻，施工人(ren)員開始安(an)裝(zhuang)反應(ying)堆托(tuo)卡馬(ma)克的(de)首個主(zhu)要部件(jian)。此(ci)前(qian)，由中(zhong)核集團牽頭的(de)中(zhong)法聯合(he)體(ti)按期開展了(le)相關(guan)安(an)裝(zhuang)底座(zuo)——杜瓦(wa)底座(zuo)的(de)接(jie)收及(ji)吊裝(zhuang)準備(bei)工作(zuo)，為核心(xin)設(she)備(bei)安(an)裝(zhuang)工作(zuo)全面開展創(chuang)造了(le)有(you)利條(tiao)件(jian)。這(zhe)是中(zhong)國向(xiang)核能高端市(shi)場邁出的(de)實質性步伐，將為我(wo)國深度參與聚(ju)變(bian)國際合(he)作(zuo)、自主(zhu)設(she)計建造未(wei)來中(zhong)國聚(ju)變(bian)堆奠定堅實基礎。

從“靠太陽”到“造太陽”

可控核聚(ju)變(bian)裝置俗稱“人造太陽(yang)”，是全球(qiu)(qiu)核聚(ju)變(bian)人一(yi)代代接力奔跑，致力于照亮人類(lei)未來的終極(ji)能源(yuan)夢想。伴(ban)隨全球(qiu)(qiu)人口(kou)增長與經濟發展，能源(yuan)需求將持續增長。然而，地(di)球(qiu)(qiu)化石燃料的儲量有限，尋找未來能源(yuan)成為當務(wu)之急。

萬物(wu)(wu)生長靠太(tai)陽，無論是傳統(tong)的化(hua)石能(neng)(neng)源(yuan)，還(huan)是風能(neng)(neng)、生物(wu)(wu)能(neng)(neng)等新型(xing)能(neng)(neng)源(yuan)，其本質都是太(tai)陽能(neng)(neng)。而(er)太(tai)陽的能(neng)(neng)量，科(ke)學家們(men)早(zao)已探(tan)明究竟：來自其內部的核聚變反應。

那么，我(wo)們是否(fou)可以模擬(ni)太(tai)(tai)陽產生能量的原(yuan)理，研發可控(kong)核(he)聚變技術，從而制造(zao)“太(tai)(tai)陽”呢？

專家(jia)的回答是肯定的：不僅可以，而且是必須。

“可(ke)控核聚變(bian)是目前人(ren)類(lei)認識到(dao)的，可(ke)以最終解決人(ren)類(lei)社(she)會能源與環(huan)境問題、推動人(ren)類(lei)社(she)會可(ke)持續(xu)發展的重要途徑之(zhi)一。”中核集團核工業西南物理研究院院長段(duan)旭如表示(shi)。

從(cong)必要性來說(shuo)，化石(shi)能(neng)源(yuan)不可再生(sheng)且(qie)有(you)(you)(you)污(wu)染，風能(neng)、水能(neng)不穩(wen)定，核(he)裂變能(neng)原料有(you)(you)(you)限(xian)、核(he)廢料有(you)(you)(you)放射性污(wu)染，因此，需(xu)要尋找資源(yuan)豐富、清潔高效的(de)新能(neng)源(yuan)——目前(qian)，最(zui)有(you)(you)(you)可能(neng)擔當(dang)這一角色的(de)只有(you)(you)(you)可控(kong)核(he)聚變能(neng)。而且(qie)，可控(kong)核(he)聚變不排放有(you)(you)(you)害氣體，有(you)(you)(you)利于解決當(dang)前(qian)的(de)環境(jing)污(wu)染問題。

從可行性來說(shuo)(shuo)，核聚變的(de)原料是氫的(de)同位素（氘和氚），地球上含量(liang)極為(wei)豐富。“氘在海(hai)水中(zhong)儲(chu)量(liang)極大，1公升(sheng)海(hai)水里提取出(chu)的(de)氘，在完全聚變反應后(hou)，可釋放相當于燃(ran)燒300公升(sheng)汽(qi)油的(de)能量(liang)。”段旭(xu)如說(shuo)(shuo)。

一字之差的困難

從核(he)裂變(bian)到核(he)聚變(bian)，從不可(ke)控(kong)到可(ke)控(kong)——僅一字之(zhi)差(cha)(cha)，但技術難(nan)度差(cha)(cha)別太大了(le)。“世界上首(shou)顆原子彈爆炸后不到10年，核(he)裂變(bian)技術就實現了(le)和平(ping)利用，建成了(le)核(he)電站。”中核(he)集團核(he)工業西南物理研究院特(te)聘研究員鐘武律(lv)說，因(yin)此，許多人(ren)曾(ceng)樂觀地認為，用不了(le)多久就能(neng)實現核(he)聚變(bian)的和平(ping)利用——然(ran)而，經過(guo)全(quan)世界科學家超過(guo)半個世紀的努力，至今仍(reng)未成功。

鐘(zhong)武(wu)律做了一個簡單比較(jiao)。太陽能(neng)穩定核(he)聚變，是因其內部不僅有(you)1500萬攝氏(shi)(shi)度(du)以上的高溫，且約有(you)3000億(yi)個大氣(qi)壓的超高氣(qi)壓。而(er)地球上無法達到(dao)(dao)如此高的氣(qi)壓，只能(neng)在高溫上下功(gong)夫了，需要把溫度(du)提高到(dao)(dao)上億(yi)攝氏(shi)(shi)度(du)才行(xing)。“先(xian)不說(shuo)如何產(chan)生這么高的溫度(du)，就(jiu)算產(chan)生了，也(ye)找不到(dao)(dao)容器‘盛(sheng)放(fang)’它。”鐘(zhong)武(wu)律說(shuo)，地球上最(zui)耐(nai)高溫的金屬材料鎢在3000多(duo)攝氏(shi)(shi)度(du)就(jiu)會(hui)熔化(hua)。

不(bu)過(guo)，人(ren)類不(bu)會(hui)被困難嚇倒(dao)。20世紀50年代(dai)開(kai)始，科學家們就經歷了一(yi)系(xi)列磁約(yue)束技術(shu)路線的(de)(de)探索，到20世紀60年代(dai)，蘇聯科學家提(ti)出(chu)托(tuo)卡馬克方案，效果驚人(ren)，備受關注。托(tuo)卡馬克，簡單來(lai)(lai)說是一(yi)種(zhong)利用磁約(yue)束來(lai)(lai)實現受控核(he)聚變的(de)(de)環形(xing)容器。它(ta)的(de)(de)中央是一(yi)個(ge)環形(xing)真空，外面圍(wei)繞著線圈。通電時，其(qi)內(nei)部會(hui)產(chan)生(sheng)巨大螺旋形(xing)磁場，將其(qi)中的(de)(de)等離子體加熱到很高溫(wen)度(du)，以達到核(he)聚變目的(de)(de)。

“核聚變能是清(qing)潔安全的(de)(de)，但仍需科學普及(ji)。”段旭如表示，就聚變堆而言，燃(ran)燒等離子體被(bei)約束(shu)在真空室內，且所含聚變堆中的(de)(de)氘氚燃(ran)料含量低，不會(hui)爆(bao)炸，也不會(hui)導致泄漏，幾乎沒有放射性污染。

勇擔重任的中國核電人

我國(guo)可控聚(ju)變(bian)研究始自(zi)20世紀50年代，幾(ji)乎與(yu)國(guo)際上聚(ju)變(bian)研究同(tong)步。

1965年，根據建設需(xu)要，我國建立(li)了當時國內最大(da)的聚變(bian)研究(jiu)基地(di)——西南物理研究(jiu)所，也就是(shi)中(zhong)核集團核工業西南物理研究(jiu)院(yuan)的前身。

正是在這里，中國核聚變領域第一(yi)座大(da)科學裝(zhuang)置(zhi)——中國環流(liu)器一(yi)號（HL－1）托卡馬克裝(zhuang)置(zhi)于(yu)1984年建成(cheng)，成(cheng)為(wei)我國核聚變研究史上的一(yi)個重要里程(cheng)碑。它(ta)的成(cheng)功建造(zao)與運行為(wei)我國自(zi)主設計(ji)、建造(zao)、運行核聚變實(shi)驗研究裝(zhuang)置(zhi)積(ji)累(lei)了豐富經(jing)驗，培養了我國第一(yi)批核聚變工程(cheng)技術及實(shi)驗運行人才隊伍，為(wei)我國發展更高參數的磁約(yue)束聚變大(da)科學裝(zhuang)置(zhi)奠(dian)定(ding)了堅實(shi)基礎(chu)。

從(cong)(cong)此，中(zhong)國(guo)磁約束聚(ju)變一步步從(cong)(cong)無到有(you)，從(cong)(cong)小到大。1995年(nian)，中(zhong)國(guo)第(di)一個(ge)超(chao)導托卡馬(ma)克(ke)裝置(zhi)(zhi)HT－7在合(he)肥建成(cheng)；2002年(nian)中(zhong)國(guo)建成(cheng)第(di)一個(ge)具有(you)偏濾器位形(xing)的托卡馬(ma)克(ke)裝置(zhi)(zhi)中(zhong)國(guo)環(huan)流(liu)器二號A（HL－2A）；2006年(nian)，世界上(shang)第(di)一個(ge)全超(chao)導托卡馬(ma)克(ke)裝置(zhi)(zhi)東方超(chao)環(huan)（EAST）首次等離(li)子體(ti)放(fang)電成(cheng)功(gong)……

預計今(jin)年在四川成(cheng)都投入運行的(de)“中國環流器二(er)號M”裝置(zhi)(zhi)，將成(cheng)為我(wo)國規模(mo)最(zui)大、參數最(zui)高(gao)的(de)磁約束(shu)可(ke)控核(he)聚變實驗研究裝置(zhi)(zhi)。它可(ke)將我(wo)國現(xian)有裝置(zhi)(zhi)的(de)最(zui)高(gao)等離(li)子(zi)體電流從(cong)1兆安(an)培提高(gao)到(dao)3兆安(an)培，離(li)子(zi)溫度也將達到(dao)1億攝(she)氏度以上。

人類的共同目標

正(zheng)如太陽造福于整個地(di)球(qiu)，“人造太陽”的研(yan)制，將為人類(lei)帶來(lai)巨(ju)大(da)福祉(zhi)。但其技術挑(tiao)戰大(da)，研(yan)發(fa)困(kun)難重重，因(yin)此需集全(quan)球(qiu)之(zhi)力共同(tong)來(lai)攻克。

基于(yu)此，國(guo)際熱核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)實驗堆（ITER）計劃2006年應(ying)運而生，由(you)中國(guo)、美國(guo)、歐盟、俄羅斯、日(ri)本、韓國(guo)和(he)印度7方(fang)參與，計劃在法(fa)國(guo)普羅旺斯地區共同建造一個電站規(gui)模的聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反應(ying)堆，也(ye)即世界上最(zui)大的托卡馬克(ke)裝置。ITER是目前全(quan)球(qiu)規(gui)模最(zui)大、影響最(zui)深遠的國(guo)際科(ke)技合作項(xiang)目之一，凝聚(ju)(ju)了(le)國(guo)際聚(ju)(ju)變(bian)(bian)界多(duo)年來(lai)的研究成果以及國(guo)際聚(ju)(ju)變(bian)(bian)界的技術力量。

“該項(xiang)目也是中國(guo)以平等身(shen)份參加的(de)最大國(guo)際(ji)科技(ji)合作項(xiang)目。其中，中國(guo)承擔了約(yue)9%的(de)采購(gou)包(bao)研發(fa)任務(wu)。”段旭如表示：“簽署這個計劃，正是希望集(ji)中全球(qiu)科技(ji)力量，共同攻(gong)克難題。”

“這些年來，我國(guo)磁約束(shu)聚(ju)變研究進展得(de)益(yi)于參(can)加ITER計(ji)劃。”段旭如說(shuo)，利(li)用這一良好國(guo)際(ji)合作平臺，在國(guo)家有關部委的大力支持下，我國(guo)核聚(ju)變研究實(shi)現(xian)了(le)(le)高質量發展，磁約束(shu)核聚(ju)變研究從過去地(di)跟(gen)跑步入了(le)(le)并跑階段，部分(fen)技術(shu)達到了(le)(le)國(guo)際(ji)領(ling)先水平。

中(zhong)(zhong)國(guo)的(de)積極參與也(ye)推動了ITER計劃(hua)的(de)快速發展(zhan)。鐘武律(lv)表示，參加ITER計劃(hua)以(yi)來，中(zhong)(zhong)國(guo)積極參與建設(she)，承(cheng)擔著諸(zhu)多(duo)核(he)心部件研(yan)(yan)發制造（采購(gou)包(bao)）任務。“目前，中(zhong)(zhong)國(guo)承(cheng)擔的(de)ITER采購(gou)包(bao)，不管是(shi)在(zai)研(yan)(yan)發進度還是(shi)在(zai)完成質量(liang)方(fang)面，均(jun)處于7方(fang)的(de)前列，為ITER建設(she)貢獻了中(zhong)(zhong)國(guo)力(li)量(liang)與智慧。在(zai)國(guo)際聚變舞臺上，中(zhong)(zhong)國(guo)有(you)了更大的(de)話語權。”

除了(le)承擔中(zhong)(zhong)方(fang)承諾的任(ren)(ren)務外，中(zhong)(zhong)方(fang)還積極爭取ITER其(qi)他關鍵任(ren)(ren)務。去(qu)年9月(yue)，中(zhong)(zhong)核(he)集團牽(qian)頭拿(na)下(xia)了(le)ITER迄今金(jin)額最大(da)的主(zhu)機總(zong)裝(zhuang)1號合同。這個工程(cheng)安(an)裝(zhuang)的是(shi)ITER裝(zhuang)置最重要的核(he)心(xin)設(she)備，其(qi)重要性相當于核(he)電站的反(fan)應(ying)堆、人體里的心(xin)臟。這是(shi)有史(shi)以來中(zhong)(zhong)國企(qi)業在(zai)歐洲市場中(zhong)(zhong)標的最大(da)核(he)能工程(cheng)項目合同。

“通(tong)過國際競標拿到了ITER項目最核心部分的安(an)裝工程(cheng)，證(zheng)明我們的團隊在世界上是領先的。”中核集團董(dong)事(shi)長余劍鋒表示。

“從ITER計劃的進展以及(ji)國際核(he)聚變發展進程看，我們有(you)信心(xin)到21世紀中(zhong)葉(xie)實現可控的核(he)聚變發電。”段旭如充滿信心(xin)。

【責(ze)任編輯：趙(zhao)藝涵】