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“中國環流器二號M”2020年將投入實驗運行
【上海制發閥門訊】
目前，人類利用核聚變的最典型例子就是氫彈。但氫彈的能量是短時間爆炸性釋放，只能作為武器使用，無法作為一個穩定而強大的能量來源。讓聚變能量平穩、可控地輸出，是全球科學家不懈努力的目標。
其中，“國際熱核聚變實驗堆”項目，可謂是這方面研究的皇冠上的寶石，它也被稱為“人造太陽”。最新的進展是，目前，作為國際“人造太陽”項目的關鍵一環，中國的新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”建設順利，預計2020年投入運行實驗。“人造太陽”正式運行后會給我們的生活帶來哪些改變？人類距離完全擁有“人造太陽”還有多遠的路要走？
中核集團核工業西南物理研究院院長段旭如說，由我國自主研制的可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”建設進展順利，明年將投入實驗運行，這將為人類制造“人造太陽”提供重要的技術支撐。
段旭如介紹：“我們啟動了中國環流器二號M裝置的建設，主要目的是加大它的規模，增強它的能力，讓它可以達到上億度的離子溫度；另外其參數將極大提高，這樣才能開展一些跟我們參與的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃相關的一些物理和科學問題，包括技術問題的研究，為我們參加ITER計劃提供技術和人才支撐。這個新裝置現在進展比較順利，我們預計在2020年建成，開始實驗。”
國際熱核聚變實驗堆，英文簡稱ITER，由于其原理和太陽發光發熱的原理相同，因此也被稱為“人造太陽”。它是由中、美、俄、歐盟、日、韓、印度七方共同建造可實現大規模聚變反應的實驗堆，從而解決人類面臨的能源問題。段旭如稱，每個參與方承擔整個工程中的一部分工作，我國的貢獻份額約占整個ITER的10%。“這個10%主要部分是實物貢獻，也就是說，ITER是一個聚變實驗堆，由很多部件構成，中方承擔了其中部分部件的技術研發和生產制造。最后在中國做好以后，運到現在的ITER總部法國去。”段旭如說。
中國環流器二號A裝置正是對中國承擔的ITER部件研制任務的技術支持。中核集團核工業西南物理研究院聚變科學所負責人許敏介紹，中國環流器二號A其實相當于一個未來的核聚變反應堆雛形，科學家們想到用磁場把這些高溫燃料束縛起來，讓它們乖乖地在一個環形的空間里飛行，不和真空室接觸。“做法就是產生微波和電子回旋的波，然后通過傳輸線，最后注入到真空室里去，等離子體吸收這些微波以后，它的溫度自然就會升上來。從原理上講，跟微波爐非常像，但它的功率要大得多。”許敏說。
早在2002年，我國已完成中國環流器二號A的建造，如今的中國環流器二號M又有哪些不同呢？段旭如解釋說，環流器二號M將在等離子體電流以及溫度等方面達到更為驚人的參數。“它的離子溫度可以突破1億度以上，達到1.5億度，其它的參數也高，比如建成以后，它的電流將達到3兆安培，這是一個什么概念？我們現在國內最大的裝置，它的電流也只能到1兆安倍，所以它的能力將會極大地提升，可以為今后國際熱核聚變實驗堆，也就是ITER計劃提供技術支撐。”
事實上，在整個ITER計劃中，有多個國家在研制這樣的耐高溫材料，這些材料處于聚變反應堆最核心位置，直接面對高溫聚變燃料，因而被稱為反應堆的“第一壁”。第一壁要承受每平米4.7兆瓦的熱量，可以瞬間將一公斤的鋼鐵融化。中核集團核工業西南物理研究院ITER屏蔽包層項目負責人諶繼明說，裝置內部可以達到上億度的高溫，采用不銹鋼、銅合金與金屬鈹的真空注壓，筑起一道“防火墻”。“實際上ITER的專家心里也沒底，到底這個能不能耐得住4.7兆瓦每平方米的熱度。通過我們自主研發的部件，我們成了世界上第一家通過高熱負荷實驗認證的單位，我們率先拿到了生產許可證。”諶繼明介紹。
應該說，“人造太陽”上應用的很多中國技術都達到了世界領先的水平，諶繼明表示，我們實現了從落后到齊步進而部分技術領跑的轉變。“在參加ITER之初，我們比國外落后20年；到2010年左右，我們追趕上了，和他們齊頭并進；到現在，我們率先通過了國際認證。事實證明，我們確實在某些方面已經開始領跑。”
說到這里，大家可能又要問了，我們為什么非要建設“人造太陽”呢？都說“萬物生長靠太陽”，太陽是地球上萬物生長的一切來源，它正是利用核聚變反應，不斷向地球輸送能源。中科院等離子體所常務副所長宋云濤表示，這顆“太陽”如果建設成功，可能會一勞永逸地解決地球能源短缺的問題。“如果我們成功了，可以讓一升海水去發生核聚變，能夠產生的能量相當于300升汽油的能量。如果能夠建成未來的聚變電站，那么可以為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。”
我們利用核聚變做出的“人造太陽”又有哪些優勢？中核集團董事長余劍鋒解釋稱，我們常用的煤、石油、天然氣等化石能源，儲量有限，且污染環境，核聚變能量源氘氣來自海水，可以源源不斷地供應。他介紹：“氘氣在海水里面是很多的，大概有45萬億噸，就是說一升海水就相當于300升的汽油，能量是巨大的，核聚變能沒有放射性的廢物，所以這是一個跨時代、世界級的項目，也會改變人類的生活。”
今天，“中國環流器二號M”的順利建設讓我們對未來又多了幾分期待。段旭如說，希望在二十一世紀中葉，聚變工程實驗堆實驗成功，建設聚變商業示范堆，完成人類終極能源夢想——“人造太陽”。他表示：“在研究過程中發現還有很多挑戰沒有解決，靠一個國家的實力來攻克，現在還有難度。也是希望集中全世界的科技力量，來共同攻克難題，所以2006年簽署了ITER執行協議，我們在2025年將在法國南部建成ITER（人造太陽）第一個國際上的核聚變反應堆，達到這個目標以后，我們將會建示范堆，示范堆以后商用。”
