“人造太陽(yáng)”新突破

模仿太陽(yáng)聚變反應(yīng)原理造一個(gè)“太陽(yáng)”，被科學(xué)家們認(rèn)為是解決人類能源危機(jī)的最佳方案。專家認(rèn)為，這是一種清潔能源，沒有碳排放，沒有放射性廢料，是一種理想的“終極能源”。一旦掌握了核聚變能，人類將實(shí)現(xiàn)能源自由。

能源問題，是人類社會(huì)的一個(gè)根本問題。一部能源史，就是一部人類生存危機(jī)史。能源能夠促成國(guó)際合作，也會(huì)引發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)；能源能夠催生工業(yè)革命，也會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)危機(jī)；能源能夠促進(jìn)科技發(fā)展，也會(huì)造成環(huán)境破壞。作為被全人類寄予厚望的未來(lái)能源方式，可控核聚變技術(shù)利用太陽(yáng)燃燒的原理來(lái)釋放熱量，又被稱作“人造太陽(yáng)”。

近日，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院傳出消息，全球最大“人造太陽(yáng)”核心部件研制取得重大進(jìn)展，日益接近實(shí)現(xiàn)——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，其核心指標(biāo)顯著優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，具備了批量制造條件。這標(biāo)志著中國(guó)全面突破“ITER 增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)核心科技持續(xù)領(lǐng)跑。

什么是“人造太陽(yáng)”？為何說這是一項(xiàng)史無(wú)前例的國(guó)際合作？中國(guó)的研發(fā)進(jìn)展有何重要意義？

造一個(gè)“太陽(yáng)”

萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。可以說，太陽(yáng)是地球最大的能量來(lái)源，它的表面溫度約6000 攝氏度，內(nèi)核溫度約1500 萬(wàn)攝氏度，每秒鐘可散發(fā)出相當(dāng)于1 億億噸煤炭完全燃燒產(chǎn)生的能量。太陽(yáng)為什么能產(chǎn)生這么大的能量？是因?yàn)槠鋬?nèi)部持續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)。

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁首件制造下線現(xiàn)場(chǎng)

核聚變的原理是由質(zhì)量較小的原子——如氫的同位素氘、氚，在極高溫條件下使核外電子擺脫原子核的束縛，兩個(gè)原子核相互碰撞聚合，生成新的質(zhì)量更重的原子核氦，由于質(zhì)量虧損和質(zhì)能轉(zhuǎn)換，釋放巨大的能量。支撐這種聚變反應(yīng)的主要原材料氘，在地球上的儲(chǔ)量極其豐富。據(jù)測(cè)算，從1 升海水中提煉出的氘，經(jīng)核聚變反應(yīng)后釋放的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒的能量。而海洋中蘊(yùn)藏著約40 萬(wàn)億噸氘，理論上用于聚變反應(yīng)釋放的能量足夠人類使用上百億年，幾乎無(wú)窮無(wú)盡。由此，模仿太陽(yáng)聚變反應(yīng)原理造一個(gè)“太陽(yáng)”，被科學(xué)家們認(rèn)為是解決人類能源危機(jī)的最佳方案。

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所副研究員鄢容介紹：“這是一種清潔能源，沒有碳排放，沒有放射性廢料，也不會(huì)出現(xiàn)燃料棒熔斷的災(zāi)難，是一種理想的‘終極能源’。一旦掌握了核聚變能，人類將實(shí)現(xiàn)能源自由。”

全球規(guī)模最大的能源合作項(xiàng)目

從上世紀(jì)50 年代開始，世界科學(xué)家們便開始了在可控核聚變領(lǐng)域的研究。

中國(guó)的“人造太陽(yáng)”之路同樣始于上世紀(jì)50 年代，至今已近70 年。1956 年，中國(guó)在錢三強(qiáng)等科學(xué)家的倡導(dǎo)下開始“可控的熱核反應(yīng)”研究；1965 年，中國(guó)專門研究核聚變能源開發(fā)的專業(yè)研究院在四川成都成立；1984 年，我國(guó)核聚變領(lǐng)域的第一座大科學(xué)裝置——用于通過磁場(chǎng)約束核聚變的中國(guó)環(huán)流器一號(hào)（HL- 1）在核工業(yè)西南物理研究院落成。1994 年，我國(guó)第一個(gè)圓截面超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“合肥超環(huán)”（HT- 7）研制成功，使我國(guó)成為繼俄、法、日之后第四個(gè)擁有超導(dǎo)托卡馬克裝置的國(guó)家，也是我國(guó)建成并投入運(yùn)行的首個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置。

時(shí)間來(lái)到2006 年，中國(guó)與美國(guó)、俄羅斯、歐盟、韓國(guó)、日本、印度一同簽署了全球最大的“人造太陽(yáng)”——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃。這意味著世界主要持核國(guó)家和覆蓋人口近全球一半的幾大國(guó)家都共同聯(lián)合起來(lái)，群策群力地參與了到對(duì)核聚變這一未來(lái)能源的研究之中。

作為目前全球規(guī)模最大的、影響最深遠(yuǎn)的能源合作項(xiàng)目，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃的建造需要大約100 萬(wàn)個(gè)部件和至少1000 萬(wàn)個(gè)零件。自2006年草簽也就是正式執(zhí)行之日起，各國(guó)都開始為了實(shí)驗(yàn)堆的安裝而“在家”悶頭準(zhǔn)備各自負(fù)責(zé)的部分。

中國(guó)已經(jīng)走在世界的前端位置

根據(jù)報(bào)道，由中國(guó)負(fù)責(zé)的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃的核心部件——增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁已經(jīng)完成了首件全尺寸原型的制造。什么是增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁？第一壁是指在核聚變中直接面對(duì)實(shí)驗(yàn)堆內(nèi)芯等離子體的真空室壁。它有多關(guān)鍵呢？第一壁能封閉等離子體，直接吸收等離子體釋放的20%能量。

大家都知道，核聚變實(shí)驗(yàn)堆的溫度高達(dá)上億攝氏度，增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁的作用就是在距離反應(yīng)堆一定距離的地方“容抱”等離子體上億度的超高溫，在經(jīng)歷高溫輻射不融化的情況下還要保持性能——保證等離子體受強(qiáng)磁場(chǎng)約束在真空當(dāng)中，持續(xù)地產(chǎn)生大規(guī)模反應(yīng)。

如果沒有它的阻隔，實(shí)驗(yàn)堆內(nèi)芯氫離子體的噴濺輻射會(huì)造成極嚴(yán)重的腐蝕，外壁制造用材料什么都無(wú)濟(jì)于事，只會(huì)被直接汽化。連反應(yīng)堆都無(wú)法隔離開來(lái)，就更別提控制核反應(yīng)“人造太陽(yáng)”了。這一件最關(guān)鍵的核心部件由中核集團(tuán)核工業(yè)西南院完成制造，不僅比最初的設(shè)計(jì)要求更優(yōu)秀，還實(shí)現(xiàn)了該部件的批量制造。目前，中國(guó)掌握的該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)率先通過國(guó)際認(rèn)證，這說明在此領(lǐng)域中國(guó)已經(jīng)走在世界的前端位置。

相信在我國(guó)及世界各國(guó)科學(xué)家的通力合作下，能夠真正建造商用的聚變堆，使得核聚變真正能夠顛覆世界能源格局，帶領(lǐng)人類走向新的高度。