探訪核工業西物院揭開“人造太陽”神秘面紗

中新網成都4月4日電 (記者劉文文)“人造太陽”是什么？為什么要建造“人造太陽”？近日，記者來到中核集團核工業西南物理研究院(簡稱“西物院”)，與新一代人造太陽中國環流三號“面對面”，探秘大國重器的“前世今生”。

談及“人造太陽”，首先要提到核聚變。所謂核聚變，就是將兩個輕的原子核形成一個重的原子核，這一過程所釋放出的巨大能量，遠遠超過目前廣泛使用的化石燃料。

“一升海水里面提取出的聚變燃料氘發生核聚變反應所釋放的能量，相當于300升汽油產生的能量。100萬千瓦電站一年所需要的燃料，大約是200萬噸煤炭，如果用核聚變，只需0.6噸氘就足夠了。”核工業西南物理研究院聚變科學所106室主任李波向記者介紹。

因核聚變反應條件苛刻，可在短時間內立刻終止反應，不會產生大規模放射性廢物，所以安全性相當高。此外，核聚變過程不會產生溫室氣體，對環境也十分友好。“可以說，核聚變能是人類目前認識到的最理想的清潔能源之一。”李波說。

事實上，太陽就如同一個巨大的熱核聚變反應裝置，不斷向外輻射能量，向地球輸送能源。李波向記者介紹，科學家們通過模擬太陽發光發熱的原理，在地球上建造以探索清潔能源為目的的核聚變裝置，被形象地稱為“人造太陽”。

幾十年來，中國一代又一代科學家在可控核聚變領域進行了持續而深入的探索。作為我國最早致力于可控核聚變和等離子體物理研究的專業科研院所，西物院先后建成了在聚變領域具有里程碑意義的三代重要平臺，即中國環流一號、中國環流二號和新一代人造太陽“中國環流三號”。

據介紹，中國環流一號裝置于20世紀80年代建成，是我國核聚變領域第一個國家大科學工程裝置，目前已經退役。近年來，西物院依托中國環流二號、中國環流三號裝置繼續開展相關研究，取得了諸多成果。

核工業西南物理研究院聚變科學所團委書記、“人造太陽”博士科普團團長鄭雪介紹，中國環流二號裝置于21世紀初建成，它創造了很多“中國首次”，為我國核聚變研究從原理探索到大規模裝置實驗的跨越式發展奠定了堅實的基礎。

圖為核工業西南物理研究院內的中國環流二號裝置。劉文文攝

備受矚目的新一代人造太陽“中國環流三號”于2020年建成，是目前我國規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置。據介紹，中國環流三號總高8.39米，直徑8米，等離子體離子溫度可達1.5億度，是太陽核心溫度的10倍。

圖為新一代人造太陽“中國環流三號”，該裝置是我國規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置。劉文文攝

鄭雪稱，中國環流三號是一個正在成長的“青少年”，已經取得不少成績。2022年10月，環流三號裝置等離子體電流突破115萬安培，創造了我國可控核聚變裝置運行新紀錄。2023年8月，中國環流三號首次實現100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運行紀錄。

除了鼎鼎大名的中國環流二號、中國環流三號，記者還在西物院看到許多“人造太陽”的輔助裝置。其中一臺綠色“大家伙”十分引人矚目，它就是為滿足中國環流三號特定需求而建造的我國首臺大型立式脈沖發電機組，被譽為人造太陽的新型“充電寶”。

圖為大型立式脈沖發電機組，被譽為人造太陽的“充電寶”。劉文文攝

鄭雪告訴記者，人造太陽屬于脈沖式運行，如果直接從電網取電，會對電網造成很大沖擊。為此，科學家們建造了立式脈沖發電機組，提前把電網的電能儲存在發電機組，當人造太陽需要時再向其輸送電能，保證其正常運行。

中國環流二號、中國環流三號、脈沖發電機組……這些國家大科學裝置及其輔助設施，凝聚了新老聚變科學家們的心血，蘊含著許多探索前沿聚變能源的故事。

如今，西物院的可控核聚變研究在一次次試驗、一組組數據、一個個部件中有序推進。科學家們相信，總有一天可以用核聚變能點亮萬家燈火。“到那個時候，天上飛的、地上跑的都可以使用核聚變能源。”鄭雪說。(完)