“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(xiàn)行星發(fā)動機(jī)的能量供應(yīng)!苯,全國政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變領(lǐng)域首席專家段旭如在接受《環(huán)球時報》記者專訪時表示,從當(dāng)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(xiàn)實世界人類利用輕核聚變實現(xiàn)聚變能源的利用指日可待。
人類離“行星發(fā)動機(jī)”有多遠(yuǎn)
春節(jié)檔熱門電影《流浪地球2》為人們展現(xiàn)了由“核動力”構(gòu)建的科幻場景,1月30日中核集團(tuán)也展示了《流浪地球2》中“行星發(fā)動機(jī)”和由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院牽頭研發(fā)的中國新一代“人造太陽”裝置(HL-2M)以及中國環(huán)流器二號A(HL-2A)裝置的海報,引發(fā)熱烈討論。電影中的行星發(fā)動機(jī)是否真的有據(jù)可循?人類目前的科技水平距離實現(xiàn)行星發(fā)動機(jī)還差多遠(yuǎn)?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(xiàn)行星發(fā)動機(jī)的能量供應(yīng)。核聚變在宇宙中無時無刻不在發(fā)生,其原理是利用兩個較輕原子核的結(jié)合過程中質(zhì)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(fā)生輕核聚變反應(yīng),而電影中“燒石頭”的原料,其相對原子質(zhì)量要大得多,因此取名為重核聚變。
“然而從當(dāng)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(xiàn)重核聚變的條件比輕核聚變高太多,產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過1億攝氏度,這是目前難以實現(xiàn)的,”段旭如表示,如果說要用行星發(fā)動機(jī)推動地球逃離太陽系,總體來說這是一種基于科學(xué)基礎(chǔ)的美好想象,以目前的技術(shù)條件和技術(shù)路線來說,暫時無法做到。然而現(xiàn)實世界人類利用輕核聚變實現(xiàn)聚變能源的利用指日可待,相信經(jīng)過中國 “聚變?nèi)恕钡呐,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(fā)目標(biāo)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(jìn)展,國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃增強熱負(fù)荷第一壁完成首件制造,標(biāo)志著中國實現(xiàn)該項核心科技全球領(lǐng)跑,有力提升了我國在該領(lǐng)域的話語權(quán)。
在接受《環(huán)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(nèi)部的核聚變反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)生大量極高能量粒子,關(guān)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!癐TER增強熱負(fù)荷第一壁完成首件制造,核心指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計要求,具備批量制造條件,標(biāo)志著中國全面突破ITER增強熱負(fù)荷第一壁關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)該項核心科技持續(xù)領(lǐng)跑。”段旭如稱。
據(jù)段旭如介紹,中國參與ITER項目,一方面是為ITER計劃貢獻(xiàn)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(tuán)核工業(yè)西南物理研究院作為我國參與ITER計劃的重要技術(shù)支撐單位,承接了中國ITER關(guān)鍵部件研制任務(wù)絕大部分涉核部件的研制。通過整合國內(nèi)外優(yōu)勢資源,突破了多項工程技術(shù)難題,建立了ITER相關(guān)關(guān)鍵部件的設(shè)計、制造、檢驗的技術(shù)規(guī)范和測試平臺,極大地提高了我國核聚變技術(shù)水平。
目前國際聚變研究正處于氘-氚燃燒實驗與聚變堆關(guān)鍵核工程技術(shù)研發(fā)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(yīng)堆工程與物理實驗階段過渡,最終進(jìn)入示范聚變電站階段和商用聚變電站階段,實現(xiàn)聚變能和平利用!爱(dāng)然,這還有一段路需要走,多項工程和技術(shù)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、氚自持等,‘人造太陽’將致力于解決聚變堆相關(guān)工程和物理問題,為未來建造聚變示范堆奠定堅實基礎(chǔ)!
中國部分聚變技術(shù)國際領(lǐng)先
人類到底何時才能實現(xiàn)可控核聚變商業(yè)化運用,一直是公眾關(guān)注的焦點問題。段旭如表示,可控核聚變研發(fā)已經(jīng)從原理探索、大規(guī)模實驗逐步邁入到反應(yīng)堆工程實驗階段,現(xiàn)在我們對可控核聚變技術(shù)的認(rèn)知愈加清晰,特別是ITER項目的建設(shè),即將讓第一個電站規(guī)模的聚變堆成為現(xiàn)實。
同時核工程很多技術(shù)有了長足進(jìn)步,讓科研人員更加清楚地認(rèn)識到未來核聚變電站用到和需要攻克哪些技術(shù)!叭粢劳鞋F(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎(chǔ),凝聚核工程領(lǐng)域具有專業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)優(yōu)勢研究單位和企業(yè),逐步搭建聚變能的技術(shù)開發(fā)體系和工業(yè)體系,集中力量開展核聚變工程和技術(shù)攻關(guān),約三十年時間,也就是到本世紀(jì)中葉,相信人類可以使用上可控核聚變能源!倍涡袢绶Q。
中國的可控核聚變研究早在20世紀(jì)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(xié)定,該計劃是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際大科學(xué)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(fā)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(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
段旭如稱,我國裝置平臺建設(shè)和能力提升,如中國環(huán)流器系列裝置和東方超環(huán)等,使得我國磁約束聚變研究實現(xiàn)了跨越式發(fā)展,物理實驗不斷取得突破,并推動理論和大規(guī)模數(shù)值模擬的發(fā)展。2020年,中核集團(tuán)核工業(yè)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(jìn)物理研究的能力,并于2022年實現(xiàn)等離子體電流突破100萬安培(1兆安),創(chuàng)造了我國可控核聚變實驗裝置運行新紀(jì)錄,技術(shù)水平進(jìn)一步得到提升。