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      中國成立可控核聚變創新聯合體!人類離“人造太陽”還有多遠?

      2024

      / 01/03
      來源:

      海報新聞

      作者:

      俞春紅

      手機查看

        近日,以“核力啟航 聚變未來”為主題的可控核聚變未來產業推進會在四川成都召開。由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創新聯合體正式宣布成立。會上,第一批未來能源關鍵技術攻關任務正式發布。

        去年以來,國務院國資委啟動了實施未來產業啟航行動,明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向。2023年,我國在該領域也取得了顯著進展:全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)已經在多個實驗中取得了重要成果;核聚變大科學裝置“中國環流三號”面向全球開放,邀請世界各國科學家來中國集智攻關。

        2023年12月,可控核聚變入選“2023年度十大科技名詞”。

        什么是可控核聚變?

        可控核聚變,俗稱“人造太陽”,是照亮人類未來的終極能源夢想。太陽的原理就是核聚變反應(核聚變反應主要借助氫同位素)。人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的??茖W家們希望發明一種裝置,可以有效控制“氫彈爆炸”的過程,讓能量持續穩定地輸出。

        可控核聚變(Controlled nuclear fusion)是可控的,能夠持續進行的核聚變反應。在地球上建造的像太陽那樣進行可控核反應的裝置,稱為“人造太陽”。

        可控核聚變的目標是實現安全、持續、平穩的能量輸出。因為核聚變反應沒有放射性,自然也就不會產生核污染。而且,核聚變的原料之一氘在海洋中的儲量極其豐富——每公升海水中就含有0.03克氘,在核聚變反應中可產生相當于燃燒300升汽油的能量。一旦可控核聚變技術獲得突破,地球海洋中的氘可供人類使用100億年。屆時,人類將一勞永逸地解決能源問題。

      讓地球“流浪”的關鍵,原來是核聚變

        從核裂變到核聚變,一字之差的困難

        能源問題是一個戴在人類頭上的緊箍咒,而尋找清潔、豐富的能源則成為各國孜孜以求的目標。經過長期實踐,可控核聚變被認為是清潔能源領域的“圣杯”,也因此被寄予無限期待。

        從核裂變到核聚變,從不可控到可控——僅一字之差,但技術難度差別巨大。世界上首顆原子彈爆炸后不到10年,核裂變技術就實現了和平利用,人類建成了核電站。因此,許多人曾樂觀地認為,用不了多久就能實現核聚變的和平利用——然而,經過全世界科學家超過半個世紀的努力,至今仍未成功。為了讓核聚變“可控”,人類已經“摸爬滾打”了逾半個世紀。

      中核集團核工業西南物理研究院指揮控制中心

        人類追逐“能源圣杯”的步履永不停歇

        前方的道路依然漫長,“聚變點火”的最終實現,需要集合全人類的智慧與努力。

        經過半個多世紀的探索,國際熱核聚變實驗反應堆計劃(ITER)被認為是人類和平利用核聚變能源之路最為可靠、可行的路線。ITER自1985年倡議提出,歷時38載,旨在建造反應堆級的核聚變裝置,以驗證和平利用聚變能的科技可行性,是當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程之一。

        2007年,ITER整合了中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七個參與方的財務與技術資源,開啟了裝置建造。

      2023年11月23日,在法國圣保羅-萊迪朗斯拍攝的國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)的建造廠房(圖源:新華社 高靜 攝)

        中國角色從“跟跑”到“領跑”

        2006年正式成為ITER項目參與方之后,中國累計承擔了ITER裝置近10%的采購包研制任務,涉及磁體支撐系統、氣體注入系統、可耐受極高溫的反應堆堆芯“第一壁”等關鍵部件。到了組裝階段,中國又通過中法聯合體,深度參與實驗堆核心裝置托卡馬克的安裝。并已成功完成其核心部件“增強熱負荷第一壁”的首件制造,為ITER的順利實施貢獻了“中國智慧”。

        十余年來,中國持續為ITER貢獻“中國智慧”和“中國力量”。

        ITER組織副總干事、原科技部中國國際核聚變能源計劃執行中心主任羅德隆回憶說,中國剛加入ITER時“以學為主”,如今已從“跟跑”實現與他國“并跑”,甚至在部分領域“領跑”。通過全面參與ITER建設,中國用10%的貢獻撬動了該計劃100%的知識產權,除消化、吸收、掌握ITER的設計技術和加工制造技術之外,也為中國培養并儲備了一批聚變工程建設人才。

        除了承擔中方承諾的任務外,中方還積極爭取ITER其他關鍵任務。去年9月,中核集團牽頭拿下了ITER迄今金額最大的主機總裝1號合同。這個工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設備,其重要性相當于核電站的反應堆、人體里的心臟。這是有史以來中國企業在歐洲市場中標的最大核能工程項目合同。

      2023年11月23日,在國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)建設現場拍攝的安裝中的托卡馬克裝置(圖源:新華社 高靜 攝)

        中國為人類實現無限清潔能源夢按下“加速鍵”

        我國可控聚變研究始自上世紀50年代,幾乎與國際上聚變研究同步。1965年,根據建設需要,我國建立了當時國內最大的聚變研究基地——西南物理研究所,也就是中核集團核工業西南物理研究院的前身。

        正是在這里,中國核聚變領域第一座大科學裝置——中國環流器一號(HL-1)托卡馬克裝置于1984年建成,成為我國核聚變研究史上的一個重要里程碑。

        從此,中國磁約束聚變一步步從無到有,從小到大。1995年,中國第一個超導托卡馬克裝置HT-7在合肥建成;2002年中國建成第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國環流器二號A(HL-2A);2006年,世界上第一個全超導托卡馬克裝置東方超環(EAST)首次等離子體放電成功……

      中國環流三號模型

        近年來,我國磁約束聚變研究進展得益于參加ITER計劃。利用這一良好國際合作平臺,在國家有關部委的大力支持下,我國核聚變研究實現了高質量發展,磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了并跑階段,部分技術達到了國際領先水平。

        2020年12月4日,中國環流器二號m裝置在成都建成并實現首次放電;去年4月12日,中國全超導托卡馬克(EAST)實現403秒穩態高約束模式等離子體運行;8月25日,新一代人造太陽“中國環流三號”首次實現100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行;高約束模式、403秒、100萬安培……“中國環流三號”在取得技術突破的同時,也為ITER驗證了高約束運行模式的可行性。

      中國新一代“人造太陽”,向全球發出一份邀請

        這些關鍵技術難題的突破,標志著中國核聚變研究向“聚變點火”又邁出重要一步,也意味著人類獲取無限清潔能源的夢想正在照進現實。

        中核集團核聚變堆技術領域首席專家段旭如預測,到2050年左右,人類或將真正使用上核聚變能源。由此來看,人類正在走出“50年魔咒”,無限清潔能源之夢,有望在可預見的未來變為現實。

        海報新聞編輯 俞春紅 綜合新華社、國家能源局、中國核電信息網、證券時報等

      責編:解西偉

      審核:張達偉

      責編:張達偉

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