全球最大“人造太陽(yáng)”核心安裝開(kāi)啟


來(lái)源:中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)   時(shí)間:2020-06-15





可控核聚變裝置俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”,是照亮人類(lèi)未來(lái)的終極能源夢(mèng)想。近日,我國(guó)傳來(lái)好消息:由中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體為“人造太陽(yáng)”核心設(shè)備安裝工作全面開(kāi)展創(chuàng)造了有利條件——這是中國(guó)向核能高端市場(chǎng)邁出的實(shí)質(zhì)性步伐,將為我國(guó)深度參與聚變國(guó)際合作、自主設(shè)計(jì)建造未來(lái)中國(guó)聚變堆奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


  近日,位于法國(guó)的世界上最大的核聚變反應(yīng)堆——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)項(xiàng)目迎來(lái)了重要里程碑時(shí)刻,施工人員開(kāi)始安裝反應(yīng)堆托卡馬克的首個(gè)主要部件。此前,由中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體按期開(kāi)展了相關(guān)安裝底座——杜瓦底座的接收及吊裝準(zhǔn)備工作,為核心設(shè)備安裝工作全面開(kāi)展創(chuàng)造了有利條件。這是中國(guó)向核能高端市場(chǎng)邁出的實(shí)質(zhì)性步伐,將為我國(guó)深度參與聚變國(guó)際合作、自主設(shè)計(jì)建造未來(lái)中國(guó)聚變堆奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


  從“靠太陽(yáng)”到“造太陽(yáng)”


  可控核聚變裝置俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”,是全球核聚變?nèi)艘淮恿Ρ寂?,致力于照亮人?lèi)未來(lái)的終極能源夢(mèng)想。伴隨全球人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展,能源需求將持續(xù)增長(zhǎng)。然而,地球化石燃料的儲(chǔ)量有限,尋找未來(lái)能源成為當(dāng)務(wù)之急。


  萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng),無(wú)論是傳統(tǒng)的化石能源,還是風(fēng)能、生物能等新型能源,其本質(zhì)都是太陽(yáng)能。而太陽(yáng)的能量,科學(xué)家們?cè)缫烟矫骶烤梗簛?lái)自其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。


  那么,我們是否可以模擬太陽(yáng)產(chǎn)生能量的原理,研發(fā)可控核聚變技術(shù),從而制造“太陽(yáng)”呢?


  專(zhuān)家的回答是肯定的:不僅可以,而且是必須。


  “可控核聚變是目前人類(lèi)認(rèn)識(shí)到的,可以最終解決人類(lèi)社會(huì)能源與環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一?!敝泻思瘓F(tuán)核工業(yè)西南物理研究院院長(zhǎng)段旭如表示。


  從必要性來(lái)說(shuō),化石能源不可再生且有污染,風(fēng)能、水能不穩(wěn)定,核裂變能原料有限、核廢料有放射性污染,因此,需要尋找資源豐富、清潔高效的新能源——目前,最有可能擔(dān)當(dāng)這一角色的只有可控核聚變能。而且,可控核聚變不排放有害氣體,有利于解決當(dāng)前的環(huán)境污染問(wèn)題。


  從可行性來(lái)說(shuō),核聚變的原料是氫的同位素(氘和氚),地球上含量極為豐富。“氘在海水中儲(chǔ)量極大,1公升海水里提取出的氘,在完全聚變反應(yīng)后,可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量?!倍涡袢缯f(shuō)。


  一字之差的困難


  從核裂變到核聚變,從不可控到可控——僅一字之差,但技術(shù)難度差別太大了。“世界上首顆原子彈爆炸后不到10年,核裂變技術(shù)就實(shí)現(xiàn)了和平利用,建成了核電站?!敝泻思瘓F(tuán)核工業(yè)西南物理研究院特聘研究員鐘武律說(shuō),因此,許多人曾樂(lè)觀(guān)地認(rèn)為,用不了多久就能實(shí)現(xiàn)核聚變的和平利用——然而,經(jīng)過(guò)全世界科學(xué)家超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力,至今仍未成功。


  鐘武律做了一個(gè)簡(jiǎn)單比較。太陽(yáng)能穩(wěn)定核聚變,是因其內(nèi)部不僅有1500萬(wàn)攝氏度以上的高溫,且約有3000億個(gè)大氣壓的超高氣壓。而地球上無(wú)法達(dá)到如此高的氣壓,只能在高溫上下功夫了,需要把溫度提高到上億攝氏度才行?!跋炔徽f(shuō)如何產(chǎn)生這么高的溫度,就算產(chǎn)生了,也找不到容器‘盛放’它?!辩娢渎烧f(shuō),地球上最耐高溫的金屬材料鎢在3000多攝氏度就會(huì)熔化。


  不過(guò),人類(lèi)不會(huì)被困難嚇倒。20世紀(jì)50年代開(kāi)始,科學(xué)家們就經(jīng)歷了一系列磁約束技術(shù)路線(xiàn)的探索,到上世紀(jì)60年代,前蘇聯(lián)科學(xué)家提出托卡馬克方案,效果驚人,備受關(guān)注。托卡馬克,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。它的中央是一個(gè)環(huán)形真空,外面圍繞著線(xiàn)圈。通電時(shí),其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大螺旋形磁場(chǎng),將其中的等離子體加熱到很高溫度,以達(dá)到核聚變目的。


  “核聚變能是清潔安全的,但仍需科學(xué)普及?!倍涡袢绫硎?,就聚變堆而言,燃燒等離子體被約束在真空室內(nèi),且所含聚變堆中的氘氚燃料含量低,不會(huì)爆炸,也不會(huì)導(dǎo)致泄漏,幾乎沒(méi)有放射性污染。


  勇?lián)厝蔚闹袊?guó)核電人


  我國(guó)可控聚變研究始自上世紀(jì)50年代,幾乎與國(guó)際上聚變研究同步。


  1965年,根據(jù)建設(shè)需要,我國(guó)建立了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的聚變研究基地——西南物理研究所,也就是中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院的前身。


  正是在這里,中國(guó)核聚變領(lǐng)域第一座大科學(xué)裝置——中國(guó)環(huán)流器一號(hào)(HL-1)托卡馬克裝置于1984年建成,成為我國(guó)核聚變研究史上的一個(gè)重要里程碑。它的成功建造與運(yùn)行為我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置積累了豐富經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)了我國(guó)第一批核聚變工程技術(shù)及實(shí)驗(yàn)運(yùn)行人才隊(duì)伍,為我國(guó)發(fā)展更高參數(shù)的磁約束聚變大科學(xué)裝置奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


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


  預(yù)計(jì)今年在四川成都投入運(yùn)行的“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M”裝置,將成為我國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的磁約束可控核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置。它可將我國(guó)現(xiàn)有裝置的最高等離子體電流從1兆安培提高到3兆安培,離子溫度也將達(dá)到1億攝氏度以上。


  人類(lèi)的共同目標(biāo)


  正如太陽(yáng)造福于整個(gè)地球,“人造太陽(yáng)”的研制,將為人類(lèi)帶來(lái)巨大福祉。但其技術(shù)挑戰(zhàn)大,研發(fā)困難重重,因此需集全球之力共同來(lái)攻克。


  基于此,國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃2006年應(yīng)運(yùn)而生,由中國(guó)、美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本、韓國(guó)和印度7方參與,計(jì)劃在法國(guó)普羅旺斯地區(qū)共同建造一個(gè)電站規(guī)模的聚變反應(yīng)堆,也即世界上最大的托卡馬克裝置。ITER是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科技合作項(xiàng)目之一,凝聚了國(guó)際聚變界多年來(lái)的研究成果以及國(guó)際聚變界的技術(shù)力量。


  “該項(xiàng)目也是中國(guó)以平等身份參加的最大國(guó)際科技合作項(xiàng)目。其中,中國(guó)承擔(dān)了約9%的采購(gòu)包研發(fā)任務(wù)?!倍涡袢绫硎荆骸昂炇疬@個(gè)計(jì)劃,正是希望集中全球科技力量,共同攻克難題?!?/p>


  “這些年來(lái),我國(guó)磁約束聚變研究進(jìn)展得益于參加ITER計(jì)劃。”段旭如說(shuō),利用這一良好國(guó)際合作平臺(tái),在國(guó)家有關(guān)部委的大力支持下,我國(guó)核聚變研究實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量發(fā)展,磁約束核聚變研究從過(guò)去的跟跑步入了并跑階段,部分技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。


  中國(guó)的積極參與也推動(dòng)了ITER計(jì)劃的快速發(fā)展。鐘武律表示,參加ITER計(jì)劃以來(lái),中國(guó)積極參與建設(shè),承擔(dān)著諸多核心部件研發(fā)制造(采購(gòu)包)任務(wù)?!澳壳?,中國(guó)承擔(dān)的ITER采購(gòu)包,不管是在研發(fā)進(jìn)度還是在完成質(zhì)量方面,均處于7方的前列,為ITER建設(shè)貢獻(xiàn)了中國(guó)力量與智慧。在國(guó)際聚變舞臺(tái)上,中國(guó)有了更大的話(huà)語(yǔ)權(quán)?!?/p>


  除了承擔(dān)中方承諾的任務(wù)外,中方還積極爭(zhēng)取ITER其他關(guān)鍵任務(wù)。去年9月,中核集團(tuán)牽頭拿下了ITER迄今金額最大的主機(jī)總裝1號(hào)合同。這個(gè)工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設(shè)備,其重要性相當(dāng)于核電站的反應(yīng)堆、人體里的心臟。這是有史以來(lái)中國(guó)企業(yè)在歐洲市場(chǎng)中標(biāo)的最大核能工程項(xiàng)目合同。


  “通過(guò)國(guó)際競(jìng)標(biāo)拿到了ITER項(xiàng)目最核心部分的安裝工程,證明我們的團(tuán)隊(duì)在世界上是領(lǐng)先的?!敝泻思瘓F(tuán)董事長(zhǎng)余劍鋒表示。


  “從ITER計(jì)劃的進(jìn)展以及國(guó)際核聚變發(fā)展進(jìn)程看,我們有信心到本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)可控的核聚變發(fā)電?!倍涡袢绯錆M(mǎn)信心。(記者齊慧)



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