“人造太阳”离圆梦又近一步

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中国环行器2号m机组在空实景房吊装。

金范的照片

中国2号循环器m单元pf7b线圈吊装。

照片由金范拍摄

中国环行器二号的一个装置，科研成果丰硕。

关羽照片

技术人员一起将磁通量环安装在real/きだ0/房间的外墙上。

金范的照片

(此版照片由中国核工业集团公司核工业西南物理研究所提供)

万物生长在太阳上。今天，几乎所有支持人类社会运转的能源，从煤、石油和天然气到风能和生物能源，基本上都是太阳能，而太阳上的能量来自内部核聚变反应。

正如儿歌所唱的:“我有一个美好的愿望，长大后能播下太阳。”长期以来，人类一直希望通过受控核聚变反应创造一个“人造太阳”，从而获得无穷无尽的能量，极大地改善人们的生活。

不久前，中国核工业集团公司宣布新一代受控核聚变研究装置“中国循环器2号M”有望于2020年投入运行。中国核工业集团公司西南物理研究所所长段旭如表示，该实验装置的完成将为人类真正掌握受控核聚变提供重要的技术支持。我们离“人造太阳”的梦想又近了一步。

源源不断的清洁能源

众所周知，石油是工业的血液。但是以石油为代表的化石能源有两个不可避免的问题:一个是不可再生的，另一个是污染。即使页岩气和可燃冰等新能源不断开发，它们总有一天会耗尽。目前，核裂变能源还存在原料有限(铀等)的问题。)和核废料的放射性污染。

有没有一种永无止境的清洁环保能源？有一个，那就是受控核聚变。

从“进口”来看，受控核聚变所需的原材料(氘原子和氚原子)在地球上非常丰富。氘在海水中有很大的储量，从1升海水中提取的氘可以释放相当于在一次完全聚变反应中燃烧300升汽油的能量；氚可以通过中子与锂反应产生，锂在地壳和海水中含量丰富。

从“出口”的角度来看，受控核聚变的产物是氦和中子，它们不排放有害气体，几乎没有放射性污染，并且具有环境友好的优点。

“一旦和平利用核聚变能源，地球上的能源将是取之不尽、用之不竭的，由能源短缺引起的社会问题将得到彻底解决，人民的生活水平将大大提高。”段旭如表示，海水淡化和星际飞船等项目过去常常让人犹豫，因为它们消耗了太多的能源，但在可控核聚变能源的支持下，它们未来都将发展得更快。

它不仅零污染、取之不尽、用之不竭，而且受控核聚变还有另一个重要特征:固有安全性。当许多人想到利用核能发电时，他们会想到切尔诺贝利核事故或福岛核事故，因此他们有“核恐惧”的心态，谈论核变色。事实上，核聚变反应需要氘和氚燃料达到几亿摄氏度的高温和足够高的密度等苛刻条件，而任何微小条件的缺乏都会导致温度密度的降低，从而导致聚变反应停止。

然而，世界上仍有许多环境保护机构公开指责核聚变的潜在安全危害，包括核废料和核泄漏的风险。对此，段旭如解释说:“由于燃烧的氘氚等离子体被磁场限制在真正的空容器中，其密度比空气体低几个数量级，而且聚变堆中氘氚燃料的含量也很低，因此不会造成爆炸和泄漏事故。”

理想是美好的，但不容易实现。最明显的问题之一是什么样的容器被用来运载核聚变。

据段旭如介绍，在地球上使用核聚变能源要求等离子体离子温度在人工控制下应达到1亿摄氏度以上。“1亿度是什么概念？太阳的核心温度大约是1500万度到2000万度；钨是地球上最耐热的金属材料，熔点超过3000度。超过太阳核心温度5到6倍。”中国核工业西南物理研究所的特别研究员钟武夫解释说:“在地球上，没有任何物质可以直接包裹1亿度高温的等离子体。”

然而，这个问题仍然困扰着人类科学家，他们已经想出了一种用强磁场抑制高温核聚变燃料的方法。然而，我们应该继续探索实现它的具体设备。自20世纪50年代以来，来自英国、美国、苏联和其他国家的科学家们一直在不断探索，不同的技术路线，如快速收缩、磁镜和明星模仿者，都发生了变化。这场竞赛一直持续到20世纪60年代，最后苏联科学家提出的托卡马克方案以惊人的结果出现，国际聚变研究的焦点转向了托卡马克。

克服困难的核聚变人

当世界对受控核聚变的研究如火如荼的时候，中国的“人造太阳”建设并没有落后。早在1955年，钱三强、李等刚从美国留学归来的科学家就提出要开展中国的“可控热核反应”研究，这与国际社会对核聚变的关注几乎是同步的。

1965年，根据国家“三线”建设统一规划，在四川省乐山市郊区建立了当时中国最大的核聚变研究基地——西南物理研究所，它也是中国核工业集团公司西南核工业物理研究所(以下简称“核西物理研究所”)的前身。

中国核聚变研究史上的一个重要里程碑是1984年中国第一循环器(HL-1)的建立。这是中国核聚变领域的第一台科学仪器，为中国自主设计、建造和运行“人造太阳”培养了大批人才，积累了丰富的经验。

20世纪80年代，作家莫然参观了位于108级石阶荒山上的研究所。据她回忆，当她第一次搬到乐山，那里的条件很差。研究人员缺乏住所，甚至睡在帐篷里。然而，中国受控核聚变研究的“摇篮”是在这样一个艰难的环境中诞生的，这与研究人员在清理土地和扩张土地方面的努力是分不开的。正如莫然所说:“虽然研究所的房间像个山洞，但我们的科学家有自我牺牲的精神。在这样的环境下，他们创造了“中国循环器一号”，而灯光设计图纸高达三层。”

从那以后，中国的磁约束聚变从无到有，从小到大，从弱到强。1995年，中国第一台超导托卡马克装置ht-7在合肥建成；2002年，中国建造了第一台带偏滤器的托卡马克装置——中国循环器2 A (HL-2A)。2006年，世界上第一个全超导托卡马克装置——东方超级环(east)首次成功放电...

预计将于2020年投入运行的“中国环行器二号M”装置将成为中国最大、参数最高的磁约束控制核聚变实验研究装置。它的等离子体体积是中国现有装置的两倍以上，离子温度将达到1亿摄氏度以上，可将电流从1 mA提高到3 mA。

作为一个已经发展了多年的实验项目，中国环行器2号的许多精细部件工艺都是前所未有的创造。就像在设备的“真正的空室”中一样，许多小的误差是现有的测试仪器无法察觉的，并且常常需要独立地开发新的测试设备，因为即使是灰尘大小的缺陷也会影响最终的实验结果。

为了确保约2层楼高、重约80吨的中心柱在移动过程中不发生碰撞，安装精度偏差不超过0.1毫米，2号M机组的线圈组在一个月内制定了十几个方案，只用了2分钟，研究组最终花了近9个小时才成功完成搬运。“在移动中，每个人都像在照顾一个婴儿。”项目线圈组组长刘晓龙说:“还不错，我们成功了。”

“既然我们把任务交给了我们的团队，我们就有义务把事情做好，并向CNNC、核工业乃至整个国家做出解释。”中国循环器第二代移动设备项目经理刘勇发言。

中国队走向国际

受控核聚变的研究非常困难。有多难？钟武夫给我们做了一个比较:“在世界上第一颗原子弹爆炸后，核裂变在不到十年的时间里实现了和平利用并建造了一座核电站。科学家认为，氢弹成功后，应该不用多久就能实现和平利用核聚变，实现可控核聚变。但后来的研究发现，事情并不那么简单，它需要来自世界各地的科学家共同努力。”

然后国际热核试验反应堆(iter)计划在2006年签署。在中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度的参与下，计划在法国南部的普罗旺斯联合建造世界上最大的托卡马克装置。Iter是世界上最具影响力和最大的国际合作项目之一，也是中国平等参与的最大的国际科技合作项目。其中，中国承担了约9%的采购包研发任务。

“中国近年来磁约束聚变研究的进展得益于参与国际热核聚变实验堆计划。”段旭如说，例如，在中国环行器二号M的设计和建造过程中，通过与现有国际托卡马克装置的交流和研究，吸取了许多托卡马克设计、建造和运行的成功经验。

钟武夫还举例说明了西方核材料研究所对国际热核聚变实验堆第一墙采购包的半原型部件的研究和开发。“这是中国队承担的一项艰巨任务。当时，世界上只有美国满足国际热核聚变实验堆第一堵墙的特殊材料要求。经过十几年的努力，我们研究小组的联合国有关单位不仅在特殊材料的制备方面取得了突破，而且在焊接技术等许多技术方面也取得了突破。2016年，成功开发了国际热核聚变实验堆超级热负荷的第一个墙体半原型组件。它是世界上第一个通过认证的，这也使中国在这项技术上达到了世界先进水平。”钟武夫说:“目前，中国承担的iter采购包在研发进度和完成质量方面处于七方前列。在国际融合阶段，中国有更大的发言权。”

对中国可控核聚变力量的认识仍在不断升级。2019年9月30日，国际热核聚变实验堆主机安装第一合同在北京签署，由CNNC牵头的中法财团中标。该项目安装了iter装置最重要的核心设备，与核电站反应堆和人体心脏一样重要。这是中国企业在欧洲市场赢得的最大的核能项目合同。

iter总干事BIGO说:“我们很高兴找到高质量和积极的合作伙伴来完成这项工作。我们期待着与世界著名的行业专家合作，按照规格按时安装世界上最具挑战性、最有前途和最重要的科学设备之一。”

“iter项目核心部分的安装项目是通过国际招标获得的，这证明我们的团队在世界上处于领先地位。”CNNC董事长俞剑锋自豪地总结说:“这也标志着我国在核电工业和核能工程建设安装方面达到了世界先进水平。”

来源：搜狐微门户