我國新一代“人造太陽”首次放電

李迪 盛利

“1號電機(jī)、2號電機(jī)轉(zhuǎn)速1480轉(zhuǎn)每分鐘，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒;4號電機(jī)轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)每分鐘，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒……中國環(huán)流器二號M裝置首次等離子體放電實(shí)驗(yàn)開始！”12月4日14時02分，位于四川成都的中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院內(nèi)，中國環(huán)流器指揮控制中心大屏幕上的藍(lán)色電光閃爍。新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）正式建成并實(shí)現(xiàn)首次放電。這標(biāo)志著我國自主掌握了大型先進(jìn)托卡馬克裝置的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行技術(shù)，將為我國核聚變堆的自主設(shè)計(jì)與建造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

放電溫度可達(dá)

太陽芯部溫度近10倍

核聚變并不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無限接近，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，就能釋放出巨大能量。其原理看似簡單，但要讓聚變反應(yīng)持續(xù)可控，可以說難于上青天。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉永說，要實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，必須滿足三個苛刻條件：一是溫度要足夠高，使燃料變成超過1億攝氏度的等離子體;二是密度要足夠高，這樣兩原子核發(fā)生碰撞的概率就大;三是等離子體在有限的空間里被約束足夠長時間。

而此次新建成的中國環(huán)流器二號M裝置，于2009年由國家原子能機(jī)構(gòu)批復(fù)立項(xiàng)，由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計(jì)建造，是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置。其等離子體體積達(dá)到國內(nèi)現(xiàn)有裝置2倍以上，等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上，等離子體離子溫度可達(dá)到1.5億度，能實(shí)現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運(yùn)行。

“放電是為了使HL-2M裝置真空室內(nèi)的氣體變成等離子體態(tài)，我們科研人員將在這個裝置上進(jìn)行不同種類的放電，最終目標(biāo)是讓足夠多的等離子體被加熱到1億攝氏度以上。我們太陽芯部溫度是1500萬到2000萬攝氏度，這相當(dāng)于太陽芯部溫度的近10倍。等離子體只有被加熱到了1億攝氏度以上才可能實(shí)現(xiàn)可控核聚變。”相關(guān)研究人員表示。

實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)突破

貢獻(xiàn)“中國核聚變”智慧

在HL-2M裝置建設(shè)過程中，核工業(yè)西南物理研究院聯(lián)合國內(nèi)多家研制單位，不斷挺進(jìn)科研“無人區(qū)”。在裝置物理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊材料研制、材料連接與關(guān)鍵部件研發(fā)、總裝集成等方面取得了多項(xiàng)突破，實(shí)現(xiàn)了可拆卸線圈結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了控制運(yùn)行水平，提升了裝置物理實(shí)驗(yàn)研究能力。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后攻克了高鎳合金雙曲面薄壁件大型真空容器模壓成型和焊接變形控制等關(guān)鍵技術(shù);掌握了具有國際先進(jìn)水平的異形銅合金厚板材制造成型工藝，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度膨脹螺栓組件的自主國產(chǎn)化;研制成功國際先進(jìn)水平的國內(nèi)首臺大型立軸脈沖發(fā)電機(jī)組。

以該項(xiàng)目中研制成功的國內(nèi)首臺大型立軸脈沖發(fā)電機(jī)組為例，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了多項(xiàng)特有技術(shù)，攻克了六相大電流脈沖發(fā)電機(jī)、大慣量高速轉(zhuǎn)子、寬頻變化控保系統(tǒng)等技術(shù)難題，在研制過程中形成了一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果。

在我國核能發(fā)展實(shí)施“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰(zhàn)略中，將聚變能作為解決能源問題的最終一步。開發(fā)核聚變能不僅是解決我國能源戰(zhàn)略需求的途徑，對我國未來能源與國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

“瞄準(zhǔn)本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)聚變能應(yīng)用的目標(biāo)，HL-2M裝置是實(shí)現(xiàn)我國核聚變技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展的重要依托，將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，成為中國攜手世界核聚變能開發(fā)的國際合作平臺。”該項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，未來HL-2M裝置將面向全球吸引和集聚國際核聚變高端人才，培養(yǎng)造就一批具有國際水平的核聚變科技領(lǐng)軍人才與高水平的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，形成一批具有國際影響力的標(biāo)志性科技成果，為人類核聚變事業(yè)貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量。