全球最大“人造太陽”核心安裝開啟

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(nèi)。

中核集團建造的中國環(huán)流器二號。

可控核聚變裝置俗稱“人造太陽”，是照亮人類未來的終極能源夢想。近日，我國傳來好消息：由中核集團牽頭的中法聯(lián)合體為“人造太陽”核心設(shè)備安裝工作全面開展創(chuàng)造了有利條件——這是中國向核能高端市場邁出的實質(zhì)性步伐，將為我國深度參與聚變國際合作、自主設(shè)計建造未來中國聚變堆奠定堅實基礎(chǔ)。

近日，位于法國的世界上最大的核聚變反應(yīng)堆——國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目迎來了重要里程碑時刻，施工人員開始安裝反應(yīng)堆托卡馬克的首個主要部件。此前，由中核集團牽頭的中法聯(lián)合體按期開展了相關(guān)安裝底座——杜瓦底座的接收及吊裝準備工作，為核心設(shè)備安裝工作全面開展創(chuàng)造了有利條件。這是中國向核能高端市場邁出的實質(zhì)性步伐，將為我國深度參與聚變國際合作、自主設(shè)計建造未來中國聚變堆奠定堅實基礎(chǔ)。

從“靠太陽”到“造太陽”

可控核聚變裝置俗稱“人造太陽”，是全球核聚變?nèi)艘淮恿Ρ寂?，致力于照亮人類未來的終極能源夢想。伴隨全球人口增長與經(jīng)濟發(fā)展，能源需求將持續(xù)增長。然而，地球化石燃料的儲量有限，尋找未來能源成為當務(wù)之急。

萬物生長靠太陽，無論是傳統(tǒng)的化石能源，還是風能、生物能等新型能源，其本質(zhì)都是太陽能。而太陽的能量，科學家們早已探明究竟：來自其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。

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

專家的回答是肯定的：不僅可以，而且是必須。

“可控核聚變是目前人類認識到的，可以最終解決人類社會能源與環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。”中核集團核工業(yè)西南物理研究院院長段旭如表示。

從必要性來說，化石能源不可再生且有污染，風能、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，最有可能擔當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，有利于解決當前的環(huán)境污染問題。

從可行性來說，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，可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量。”段旭如說。

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)就實現(xiàn)了和平利用，建成了核電站。”中核集團核工業(yè)西南物理研究院特聘研究員鐘武律說，因此，許多人曾樂觀地認為，用不了多久就能實現(xiàn)核聚變的和平利用——然而，經(jīng)過全世界科學家超過半個世紀的努力，至今仍未成功。

鐘武律做了一個簡單比較。太陽能穩(wěn)定核聚變，是因其內(nèi)部不僅有1500萬攝氏度以上的高溫，且約有3000億個大氣壓的超高氣壓。而地球上無法達到如此高的氣壓，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。“先不說如何產(chǎn)生這么高的溫度，就算產(chǎn)生了，也找不到容器‘盛放’它。”鐘武律說，地球上最耐高溫的金屬材料鎢在3000多攝氏度就會熔化。

不過，人類不會被困難嚇倒。20世紀50年代開始，科學家們就經(jīng)歷了一系列磁約束技術(shù)路線的探索，到20世紀60年代，蘇聯(lián)科學家提出托卡馬克方案，效果驚人，備受關(guān)注。托卡馬克，簡單來說是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。它的中央是一個環(huán)形真空，外面圍繞著線圈。通電時，其內(nèi)部會產(chǎn)生巨大螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，以達到核聚變目的。

“核聚變能是清潔安全的，但仍需科學普及。”段旭如表示，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，不會爆炸，也不會導(dǎo)致泄漏，幾乎沒有放射性污染。

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