昨天，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃重大工程安裝啟動(dòng)儀式在法國(guó)舉行。習(xí)近平致賀信。
什么是ITER計(jì)劃?習(xí)近平為什么要向這個(gè)國(guó)際大科學(xué)工程致賀信?今天，小組就和大家聊聊這個(gè)話題。
一
人們常講“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”，太陽(yáng)內(nèi)部時(shí)刻進(jìn)行著熱核聚變反應(yīng)。科學(xué)家們?cè)O(shè)想，如果能夠控制并和平利用核聚變，那么人類將擁有取之不盡的清潔能源，這就是“人造太陽(yáng)”的設(shè)想。
一旦實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”，能源短缺帶來的社會(huì)問題有望得到徹底解決，化石能源燃燒造成的環(huán)境污染可得到根本扭轉(zhuǎn)，制約海水淡化、星際飛船等大型耗能工程的“科技之鎖”也將被接連打開……
有人說，“人造太陽(yáng)”是名副其實(shí)的“能源桂冠”。
這個(gè)設(shè)想并非空想，可控核聚變所需的反應(yīng)原料(氘原子和氚原子)，在地球上非常豐富。
比如，氘在海水中儲(chǔ)量極大，1公升海水里提取出的氘，在完全的核聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量;而氚可通過中子與鋰反應(yīng)生成，在地殼和海水中，鋰都是大量存在的。
可控核聚變產(chǎn)生氦和中子，不排放有害氣體，幾乎沒有放射性污染。
但許多人一想到用核能發(fā)電，就會(huì)想到切爾諾貝利核事故或者福島核事故，從而有了“恐核”心理，談核色變。事實(shí)上，核聚變反應(yīng)需要氘氚燃料達(dá)到上億攝氏度的高溫和足夠高的密度等苛刻條件。任何細(xì)微條件的缺失，都會(huì)導(dǎo)致溫度密度下降，致使核聚變反應(yīng)停止。
中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院院長(zhǎng)段旭如解釋說：“由于燃燒的氘氚等離子體被磁場(chǎng)約束在真空容器內(nèi)，其密度比空氣低數(shù)個(gè)量級(jí)，核聚變堆氘氚燃料含量也較低，因此不會(huì)引起爆炸，也不會(huì)導(dǎo)致泄漏事故。”
所以，可控核聚變還有另一個(gè)重要特點(diǎn)：固有安全性。
科技部部長(zhǎng)王志剛通過視頻連線宣讀了習(xí)近平的賀信
二
理想很美好，實(shí)現(xiàn)起來并不容易。
一個(gè)最明顯的問題是，用什么容器來承載核聚變?
在地球上利用核聚變能量，要求在人工控制條件下等離子體的離子溫度達(dá)到1億攝氏度以上。
1億攝氏度是什么概念?
“太陽(yáng)的核心溫度大概在1500萬(wàn)度至2000萬(wàn)度;而地球上最耐高溫的金屬材料鎢在3000多度就會(huì)熔化。1億度，已經(jīng)超過太陽(yáng)核心溫度的5至6倍了。”中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院特聘研究員鐘武律解釋說，“在地球上，沒有任何材料可以把1億度高溫的等離子體給直接包裹起來。”
不過，這個(gè)問題還是難不倒科學(xué)家，他們“無(wú)招勝有招”，想出了用強(qiáng)磁場(chǎng)來約束高溫核聚變?nèi)剂系霓k法。但具體用什么裝置來實(shí)現(xiàn)，還要繼續(xù)探索。
從20世紀(jì)50年代開始，英、美、蘇等國(guó)科學(xué)家前赴后繼，快箍縮、磁鏡、仿星器等不同的技術(shù)路線此消彼長(zhǎng)。競(jìng)爭(zhēng)延續(xù)到了1960年代，最終由蘇聯(lián)科學(xué)家提出的托卡馬克方案異軍突起，效果驚人，國(guó)際核聚變界的重點(diǎn)研究方向隨之轉(zhuǎn)向了托卡馬克。
值得一提的是，在可控核聚變研究領(lǐng)域，中國(guó)并沒有掉隊(duì)。從1955年錢三強(qiáng)等科學(xué)家提議開展“可控?zé)岷朔磻?yīng)”研究，到1965年中國(guó)最大核聚變研究基地設(shè)立，再到1984年“中國(guó)環(huán)流器一號(hào)”建成……一代又一代核聚變?nèi)艘?ldquo;夸父追日”般的精神接力奮斗，努力將“人造太陽(yáng)”的藍(lán)圖一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
上世紀(jì)80年代，作家莫然造訪位于108級(jí)石梯之高的荒山上中國(guó)核聚變研究基地。莫然說：“盡管研究所的房間就像山洞一樣，但我們的科學(xué)家具有舍己的奉獻(xiàn)精神，就在那樣的環(huán)境中，他們制造出了‘中國(guó)環(huán)流器一號(hào)’，光設(shè)計(jì)圖紙就有3層樓那樣高。”
中核集團(tuán)員工代表中核集團(tuán)聯(lián)合體全體建設(shè)者受邀上臺(tái)參加儀式
三
“人造太陽(yáng)”科學(xué)裝置規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、投資成本高，任何一個(gè)國(guó)家“關(guān)起門來搞建設(shè)”都無(wú)法解決所有難題，必須“聚四海之氣、借八方之力”。
于是就有了2006年國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃的簽署。由中國(guó)、美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本、韓國(guó)和印度共七方參與，計(jì)劃在法國(guó)南部普羅旺斯地區(qū)共同建造一個(gè)世界上最大的托卡馬克裝置。
ITER計(jì)劃是當(dāng)今世界規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程，也是中國(guó)以平等身份參加的最大國(guó)際科技合作項(xiàng)目。其中，中國(guó)承擔(dān)了大概9%的采購(gòu)包研發(fā)任務(wù)。
鐘武律舉了核西物院研發(fā)ITER第一壁采購(gòu)包半原型部件的例子。“當(dāng)時(shí)世界上滿足ITER第一壁特殊材料要求的只有美國(guó)。中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)通過十多年的努力，2016年研制成功的ITER超熱負(fù)荷第一壁半原型部件在國(guó)際上率先通過認(rèn)證。”
中國(guó)承擔(dān)的采購(gòu)包研發(fā)任務(wù)，不管是在研發(fā)進(jìn)度還是在完成質(zhì)量方面，都處于七方的前列。這使中國(guó)在國(guó)際核聚變舞臺(tái)上有了更大話語(yǔ)權(quán)。
2019年9月30日，ITER主機(jī)安裝一號(hào)合同在北京簽約，由中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體中標(biāo)該工程。這個(gè)工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設(shè)備，其重要性相當(dāng)于核電站的反應(yīng)堆、人體里的心臟。
在今年疫情嚴(yán)峻時(shí)期，中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體還成功實(shí)現(xiàn)杜瓦底座吊裝，拉開了國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆主設(shè)備安裝序幕。隨著國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃重大工程正式安裝啟動(dòng)，實(shí)驗(yàn)堆建成指日可待。
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