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两会访谈 | 段旭如:本世纪中叶核聚变能可实现应用
时间:2023年03月08日 来源:中国电力报 作者:白 宇 点击量: 分享:

本世纪中叶核聚变能可实现应用

——访全国政协委员、中核集团核聚变领域首席专家段旭如

在科幻作品中,核聚变一直是经久不衰的话题。如在今年年初上映的电影《流浪地球2》中,就有着不少关于核聚变技术应用的镜头。那么在现实生活中可控核聚变的研究进展情况如何?科幻作品中展现出的行星发动机等核聚变应用场景能否在未来成为现实?在今年全国两会召开期间,中能传媒记者专访了全国政协委员、中核集团核聚变领域首席专家段旭如,他认为,基于目前聚变技术的发展情况,约三十年的时间,也就是到本世纪中叶,核聚变能可实现应用。

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中能传媒:您今年的提案关注点有哪些?

段旭如:我今年全国两会的提案主要是关于我国核事业与核能高质量发展的相关建议,包括设立国家“核科学日”及充分发挥核科技工业体系作用推进我国核聚变能研发高质量发展等内容。

其中,建议设立国家“核科学日”,将有益于加强核科普工作,让公众正确了解核、认识核、接受核,并激发青少年喜爱核科学的兴趣,同时将有助于激励核事业工作者,对我国核事业的发展具有非常重要的现实意义和深远影响。

在推进我国核聚变能研发高质量发展方面建议充分发挥核科技工业体系的作用,主要是考虑到目前核聚变能研发已走入发展聚变堆核工程与技术阶段,因此应充分发挥我国核科技工业体系的作用,吸引更多有丰富经验的核工程技术力量共同参与,弥补现有聚变研发力量在聚变堆核工程等方面经验与技术的不足,为早日实现聚变能技术高水平自立自强、加速聚变能研发高质量发展、助推“双碳”目标的实现贡献聚变力量。

中能传媒:今年大年初一上映的电影《流浪地球2》在网络上引发热议,电影中提及的行星发动机其原理就是核聚变,您如何看待这一科幻方向?在您来看,电影中展现出的行星发动机等核聚变应用场景在未来能否成为现实?

段旭如:《流浪地球2》这部开年科幻电影非常震撼,利用核聚变作为能源来驱动庞大的行星发动机,这是科幻作者天马行空的想象,更是作者对未来科技的期待,特别是对解决人类未来能源问题的根本途径——核聚变能的期待。

迄今为止,人类可控核聚变技术突破令人鼓舞,在实验室已获得核聚变能量增益超过1。正如人们了解的,可控核聚变具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,1升水中含有的氘全部聚变反应产生的能量相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。据估计,仅在海洋中含有的氘,作为核聚变燃料足够人类使用上亿年。因此,未来可控核聚变技术一旦实现应用,像海水淡化、星际旅行等因耗能巨大而望而却步的工程均有望在核聚变的支持下得到快速发展。而像影片中的行星发动机等硬核科技以目前的认知看似遥不可及,但随着未来的重大发现和科学技术的不断突破,在未来或许可以成为现实。

中能传媒:目前我国可控核聚变的研究进展情况如何?您预计何时人类可以使用可控核聚变的能源?目前可控核聚变的项目研究还有哪些问题亟待解决?

段旭如:我国可控核聚变研究始于20世纪50年代,几乎与国际上可控核聚变研究同时起步,有着坚实的科技基础与人才积累。尤其自参加ITER计划以来,我国核聚变相关科研实力得到了极大提升,核聚变技术已从过去的跟跑到并跑,到部分技术达到国际领先水平。2022年,我国规模最大、参数能力最高的新一代“人造太阳”(HL-2M)装置国内首次突破100万安培等离子体电流运行,创造了我国磁约束聚变装置新的运行纪录,标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进重要一步。

在世界范围内,可控核聚变正进入发展的关键时期。近期,欧洲联合环JET创造了59兆焦耳聚变能量输出的世界纪录,美国国家点火装置NIF首次实现了聚变输出能量大于输入能量。国际热核聚变实验堆(ITER)计划启动后,全球聚变界集中力量攻克聚变堆相关的工程技术难题,目前该计划已进入主机工程装配阶段,预计在几年后投入运行。基于目前聚变技术的发展情况,预计再经过三十年左右的时间,也就是到本世纪中叶,聚变能可以实现应用。

ITER计划的启动标志着磁约束聚变研究由聚变等离子体实验与运行为主逐步走向发展聚变堆核工程与技术。而要实现核聚变能源应用,仍面临一些关键技术挑战,这主要包括氘氚聚变等离子体稳态自持燃烧、聚变堆材料以及氚自持等技术亟待解决。此外,我国聚变堆的核与辐射安全法规、导则和技术标准还需建立完善。为此,应充分发挥我国核科技工业体系的作用,吸引更多有丰富经验的核工程技术力量共同参与,集中力量开展核聚变工程和技术攻关,并逐步搭建聚变能的技术开发体系和工业体系,加速我国核聚变能开发进程。

中能传媒:像刚刚您也提及的ITER项目,那么据您了解,在ITER项目中我国贡献了哪些力量?目前进展情况如何?

段旭如:我国以平等伙伴身份加入ITER计划,贡献比例约占9%,其中70%以上采用了实物贡献方式,并陆续承担了18个部件研制项目的制造任务,涵盖了ITER装置重要关键部件。

目前,我国承担的ITER部件研制项目任务进展顺利,取得了一系列技术突破,成果丰硕。比如,核工业西南物理研究院牵头研发的第一壁采购包半原型部件在2016年成功通过高热负荷测试,在世界上率先通过认证,同时也带动了我国其他相关领域技术发展。2022年中国团队完成首件制造,且其核心指标显著优于设计要求,具备了批量制造条件,这标志着中国全面突破“ITER增强热负荷第一壁”关键技术,实现该项核心科技持续领跑。

此外,ITER产氚包层技术是未来聚变堆实现氚自持的关键技术,属于不共享、敏感技术。中方ITER产氚实验包层模块(TBM)项目实现了多个第一,是ITER组织签署第一个TBM协议,也是第一个通过概念设计评审、第一个进入到工程设计阶段的TBM项目。不仅为ITER贡献中国方案,也为我国掌握该项技术,未来自主设计建造聚变堆提供了保障。

2019年,中核集团牵头的中法联合体正式签订了国际热核聚变实验堆主机安装1号合同(TAC1),它的内容包含了ITER装置核心部件的安装工程,其重要性相当于人体的心脏。这是有史以来中国企业在欧洲市场中竞标的最大核能工程项目合同。目前已顺利完成了第一阶段的工程任务。

可以说,目前我国按时、高标准、高质量交付了ITER计划有关任务,关键部件研制项目完成质量与进度均走在ITER参建各方前列,有力推动了ITER计划的实施。


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