30年后有望用“人造太陽”供能

樊巍 曹思琦 冷舒眉

“科幻電影《流浪地球2》中描述的‘重核聚變是通過燒石頭的方式實現行星發動機的能量供應。”近日，全國政協委員、中核集團核聚變領域首席專家段旭如在接受《環球時報》記者專訪時表示，從當前工程角度來講，“重核聚變”暫時還不屬于重點研究方向，然而現實世界人類利用輕核聚變實現聚變能源的利用指日可待。

人類離“行星發動機”有多遠

春節檔熱門電影《流浪地球2》為人們展現了由“核動力”構建的科幻場景，1月30日中核集團也展示了《流浪地球2》中“行星發動機”和由中核集團核工業西南物理研究院牽頭研發的中國新一代“人造太陽”裝置（HL-2M）以及中國環流器二號A（HL-2A）裝置的海報(如圖)，引發熱烈討論。電影中的行星發動機是否真的有據可循？人類目前的科技水平距離實現行星發動機還差多遠？對此，段旭如介紹稱，《流浪地球2》中描述的重核聚變是通過“燒石頭”的方式實現行星發劫機的能量供應。核聚變在宇宙中無時無刻不在發生，其原理是利用兩個較輕原子梭的結合過程中質量虧損從而釋放大量能量，最典型的例子就是太陽，時時刻刻在發生輕核聚變反應，而電影中“燒石頭”的原料，其相對原子質量要大得多，因此取名為重核聚變。

“然而從當前工程角度來講，重核聚變暫時還不屬于重點研究方向，因為實現重核聚變的條件比輕核聚變高太多，產生可觀的輕核聚變溫度需要1億攝氏度以上的高溫，而重核聚變所需溫度遠遠超過1億攝氏度，這是目前難以實現的,”段旭如表示，如果說要用行星發動機推動地球逃離太陽系，總體來說這是一種基于科學基礎的美好想象，以目前的技術條件和技術路線來說，暫時無法做到。然而現實世界人類利用輕核聚變實現聚變能源的利用指日可待，相信經過中國“聚變人”的努力，未來清潔高效的聚變能源一定可以輸送到千家萬戶。

“人造太陽”的研發目標是成為示范核聚變電站

2022年11月，全球最大“人造太陽”核心部件“防火墻”在中國取得重大進展，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃增強熱負荷第一壁完成首件制造，標志著中國實現該項核心科技全球領跑，有力提升了我國在該領域的話語權。

在接受《環球時報》采訪時，段旭如表示，ITER是全球最大“人造太陽”，其模擬太陽內部的核聚變反應產生能量，要滿足可控核聚變的條件，其燃料粒子的溫度需超過1億攝氏度，且還要產生大量極高能量粒子，關鍵部件“第一壁”，就是它的“防火墻”，直接面對燃燒的上億攝氏度等離子體與極高能量的粒子。“ITER增強熱負荷第一壁完成首件制造，核心指標優于設計要求，具備批量制造條件,標志著中國全面突破ITER增強熱負荷第一關鍵技術，實現該項核心科技持綏領跑。”段旭如稱。

據段旭如介紹，中國參與ITER項目，一方面是為ITER計劃貢獻中國智慧和中國力量，另一方面也將極大提高我國核聚變研究水平，中核集團核工業西南物理研究院作為我國參與ITER計劃的重要技術支撐單位，承接了中國ITER關鍵部件研制任務絕大部分涉核部件的研制。通過整合國內外優勢資源，突破了多項工程技術難題，建立了ITER相關關鍵部件的設計、制造、檢驗的技術規范和測試平臺，極大地提高了我國核聚變技術水平。

目前國際聚變研究正處于氘-氚燃燒實驗與聚變堆關鍵核工程技術研發階段，段旭如表示，“人造太陽”計劃下一步重點是從氘-氚燃燒實驗階段逐步向聚變反應堆工程與物理實驗階段過渡，最終進入示范聚變電站階段和商用聚變電站階段，實現聚變能和平利用。“當然，這還有一段路需要走，多項工程和技術需要突破，比如自持燃燒等離子體的控制和運行、高耐輻照聚變堆材料、氤自持等，人造太陽將致力于解決聚變堆相關工程和物理問題，為未來建造聚變示范奠定堅實基礎。”

中國部分聚變技術國際領先

人類到底何時才能實現可控核聚變商業化運用，一直是公眾關注的焦點問題。段旭如表示，可控核聚變研發已經從原理探索、大規模實驗逐步邁入到反應堆工程實驗階段，現在我們對可控核聚變技術的認知愈加清晰，特別是ITER項目的建設，即將讓第一個電站規模的聚變堆成為現實。

同時核工程很多技術有了長足進步，讓科研人員更加清楚地認識到未來核聚變電站用到和需要攻克哪些技術。“若依托現有核科技工業體系的基礎，凝聚核工程領域具有專業經驗和技術基礎的相關優勢研究單位和企業，逐步搭建聚變能的技術開發體系和工業體系，集中力量開展核聚變工程和技術攻關，約三十年時間，也就是到本世紀中葉，相信人類可以使用上可控核聚變能源。”段旭如稱。

中國的可控核聚變研兗早在20世紀50年代就開始了，幾乎與國際上受控核聚變研究同步。2006年，中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度共同簽署了國際熱核聚變實驗堆計劃啟動協定，該計劃是目前全球規模最大、影響最深遠的國際大科學工程之一。同時也是中國以平等身份參加的最大國際科技合作項目。段旭如表示，參與ITER的十多年間，中國的聚變研究得到快速發展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入并跑階段，部分技術達到國際領先水平。

段旭如稱，我國裝置平臺建設和能力提升，如中國環流器系列裝置和東方超環等，使得我國磁約束聚變研究實現了跨越式發展，物理實驗不斷取得突破，并推動理論和大規模數值模擬的發展。2020年，中核集團核工業西南物理研究院建成我國新一代“人造太陽”裝置，具備了在堆芯級條件下開展先進物理研究的能力，并于2022年實現等離子體電流突破100萬安培(1兆安)，創造了我國可控核聚變實驗裝置運行新紀錄，技術水平進一步得到提升。▲