太陽,是地球賴以生存的光熱能量之源。
獲得像太陽能一樣取之不盡用之不竭的可持續清潔能源,一直是人類的夢想,這也是國際科學界推出國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃的原因。因為其研究的受控核聚變獲得能量原理與太陽釋放光熱相同,這項計劃又稱“人造太陽”計劃,科學家想借此計劃從根本上解決人類共同面臨的能源問題。
自2007年加入ITER計劃以來,我國積極推動該計劃的實施,在核聚變研究領域取得了諸多成果,為“人造太陽”貢獻了中國力量。
日前,由科技部基礎司、合作司、資管司、核聚變中心共同主辦的“ITER十年——回顧與展望”會議在北京召開,國際聚變界討論并共同簽署了《北京聚變宣言》,進一步倡導世界各國在聚變能源相關技術研發方面加強合作,共同推動全球聚變能研究發展,為最終解決世界能源短缺和環境污染問題貢獻力量。
1、“人造太陽”正在從夢想變為現實
目前,參與ITER計劃的各國都在通過建造反應堆級核聚變裝置,把“人造太陽”從夢想變為現實。
“包括中國、歐盟、俄羅斯、美國、日本、韓國和印度七方在內的30多個國家參加了ITER計劃。不過‘人造太陽’的科研目前仍處于工程建設階段。”我國核聚變能源計劃執行中心總監潘傳紅介紹,根據ITER計劃的部署,2007年至2025年為建造階段。在此階段,各國科學家都在建造反應堆級核聚變裝置。
據潘傳紅介紹,以中國為例,我國先后建成并升級改造了中國環流器二號A和東方超環(EAST)。
中科院李建剛院士介紹說,中國環流器二號A裝置是我國第一個大型托卡馬克裝置。所謂托卡馬克,就是用強磁場來約束高溫等離子體,因為任何物質都不能承受核聚變造成的高溫。中國環流器二號A裝置內的等離子體電子溫度已經達到5500萬度,使中國繼美國、日本、歐盟之后,第四個實現等離子體的高約束模式運行。
東方超環則是世界上第一個“全超導非圓截面托卡馬克裝置”。2017年7月3日,EAST首次實現等離子體持續放電101.2秒的高約束運行,創造了世界紀錄。此外,華中科大和中科大兩所高校也建設了自己的實驗裝置。
“從2008年至2017年,在中國參與ITER計劃的帶動下,國家磁約束核聚變能發展研究共部署119個項目,總計安排經費約40億元。”潘傳紅說,預計在2050年左右,ITER計劃可以實現核聚變能商業應用。
2、中國成為推動ITER計劃的重要力量
據科技部中國國際核聚變能源計劃執行中心主任羅德隆介紹,十年來中國承擔了很多ITER采購包制造任務,高質量地交付了有關制造設備和部件,中國成為推動ITER計劃的重要力量。
“以中科院等離子體所為例,我們承擔了中國ITER采購包的部分任務,第一個采購包于2015年順利交付,并實現了100%的國產化,產品質量100%滿足ITER要求。”中國科學院副院長張杰介紹,作為ITER七方的成員之一,中國爭取和承擔了相應份額的ITER采購包任務。這些任務技術含量高,時間緊,難度大,但中國團隊敢于承擔,勇于創新,克服了重重困難,高效率、高質量地推進采購包任務,贏得了國際同行的高度贊譽。
據介紹,ITER全套磁體支撐系統由中方獨立建造,中方在特殊環境焊接技術和異形鍛件等領域均實現了技術突破。環向場、極向場導體在研制過程中,實現了我國低溫超導股線100%國產化、100%滿足質量要求,研發和生產能力已經達到國際一流水平。通過參加ITER,一大批中國企業的技術能力得到了提高,不光是高質量按時完成了任務,同時也把這些技術用到國民經濟的其他方面,比如高性能核磁共振儀研發等。
十年來,ITER組織中方職員數量持續上升,目前已突破70人,僅次于歐盟,并培養了多位長江學者,吸引了一批海外千人計劃入選者歸國。據了解,目前已有超過3400名科學家、2700名學生加入到我國磁約束核聚變技術領域的研發團隊中。
3、中國將繼續推動ITER計劃的實施
經過多年努力,我國科學家在國際聚變界的影響力不斷增強,有些技術已成功實現產業化,部分技術實現領跑世界。
“此項計劃也使我國多項物理實驗研究成果位于世界前位,甚至在某些方面領先世界。”李建剛院士表示,比如我國建成并升級改造的中國環流器二號A和東方超環,就讓我國科學家在探索實現聚變能源的工程、物理問題等方面的研究走在了世界前列。
“參與ITER項目的十年,是中國核聚變產業鏈培育并不斷完善的十年,是中國核聚變工程技術人才與團隊持續儲備的十年,是中國核聚變技術能力與管理水平大跨步前進的十年。”中科院萬元熙院士表示。
科技部部長萬鋼表示,ITER計劃的實施,是一個平等參與、互利共贏、共同進步的國際大科學工程范例,使得中國在材料科學、超導技術、精密加工等相關領域的研發能力和技術水平取得長足進步,有些技術已經成功實現產業化。中國作為一個負責任的大國,將繼續推動ITER計劃的實施,爭取加強國際合作,為應對全球氣候變化、和平利用核能和人類可持續發展貢獻中國智慧和中國方案。
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