这个国际大项目,为何让习近平如此关注?

2020-07-30 09:55  来源:学习小组    ITER  国际热核聚变实验堆  人造太阳  核聚变

昨天,国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装启动仪式在法国举行。习近平致贺信。


昨天,国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装启动仪式在法国举行。习近平致贺信。

什么是ITER计划?习近平为什么要向这个国际大科学工程致贺信?今天,小组就和大家聊聊这个话题。

人们常讲“万物生长靠太阳”,太阳内部时刻进行着热核聚变反应。科学家们设想,如果能够控制并和平利用核聚变,那么人类将拥有取之不尽的清洁能源,这就是“人造太阳”的设想。

一旦实现“人造太阳”,能源短缺带来的社会问题有望得到彻底解决,化石能源燃烧造成的环境污染可得到根本扭转,制约海水淡化、星际飞船等大型耗能工程的“科技之锁”也将被接连打开……

有人说,“人造太阳”是名副其实的“能源桂冠”。

这个设想并非空想,可控核聚变所需的反应原料(氘原子和氚原子),在地球上非常丰富。

比如,氘在海水中储量极大,1公升海水里提取出的氘,在完全的核聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量;而氚可通过中子与锂反应生成,在地壳和海水中,锂都是大量存在的。

可控核聚变产生氦和中子,不排放有害气体,几乎没有放射性污染。

但许多人一想到用核能发电,就会想到切尔诺贝利核事故或者福岛核事故,从而有了“恐核”心理,谈核色变。事实上,核聚变反应需要氘氚燃料达到上亿摄氏度的高温和足够高的密度等苛刻条件。任何细微条件的缺失,都会导致温度密度下降,致使核聚变反应停止。

中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如解释说:“由于燃烧的氘氚等离子体被磁场约束在真空容器内,其密度比空气低数个量级,核聚变堆氘氚燃料含量也较低,因此不会引起爆炸,也不会导致泄漏事故。”

所以,可控核聚变还有另一个重要特点:固有安全性。

科技部部长王志刚通过视频连线宣读了习近平的贺信

理想很美好,实现起来并不容易。

一个最明显的问题是,用什么容器来承载核聚变?

在地球上利用核聚变能量,要求在人工控制条件下等离子体的离子温度达到1亿摄氏度以上。

1亿摄氏度是什么概念?

“太阳的核心温度大概在1500万度至2000万度;而地球上最耐高温的金属材料钨在3000多度就会熔化。1亿度,已经超过太阳核心温度的5至6倍了。”中核集团核工业西南物理研究院特聘研究员钟武律解释说,“在地球上,没有任何材料可以把1亿度高温的等离子体给直接包裹起来。”

不过,这个问题还是难不倒科学家,他们“无招胜有招”,想出了用强磁场来约束高温核聚变燃料的办法。但具体用什么装置来实现,还要继续探索。

从20世纪50年代开始,英、美、苏等国科学家前赴后继,快箍缩、磁镜、仿星器等不同的技术路线此消彼长。竞争延续到了1960年代,最终由苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起,效果惊人,国际核聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克。
 

值得一提的是,在可控核聚变研究领域,中国并没有掉队。从1955年钱三强等科学家提议开展“可控热核反应”研究,到1965年中国最大核聚变研究基地设立,再到1984年“中国环流器一号”建成……一代又一代核聚变人以“夸父追日”般的精神接力奋斗,努力将“人造太阳”的蓝图一步步变为现实。

上世纪80年代,作家莫然造访位于108级石梯之高的荒山上中国核聚变研究基地。莫然说:“尽管研究所的房间就像山洞一样,但我们的科学家具有舍己的奉献精神,就在那样的环境中,他们制造出了‘中国环流器一号’,光设计图纸就有3层楼那样高。”


中核集团员工代表中核集团联合体全体建设者受邀上台参加仪式

“人造太阳”科学装置规模大、建设周期长、投资成本高,任何一个国家“关起门来搞建设”都无法解决所有难题,必须“聚四海之气、借八方之力”。

于是就有了2006年国际热核聚变实验堆(ITER)计划的签署。由中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度共七方参与,计划在法国南部普罗旺斯地区共同建造一个世界上最大的托卡马克装置。

ITER计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程,也是中国以平等身份参加的最大国际科技合作项目。其中,中国承担了大概9%的采购包研发任务。

钟武律举了核西物院研发ITER第一壁采购包半原型部件的例子。“当时世界上满足ITER第一壁特殊材料要求的只有美国。中国的科研团队通过十多年的努力,2016年研制成功的ITER超热负荷第一壁半原型部件在国际上率先通过认证。”

中国承担的采购包研发任务,不管是在研发进度还是在完成质量方面,都处于七方的前列。这使中国在国际核聚变舞台上有了更大话语权。

2019年9月30日,ITER主机安装一号合同在北京签约,由中核集团牵头的中法联合体中标该工程。这个工程安装的是ITER装置最重要的核心设备,其重要性相当于核电站的反应堆、人体里的心脏。

在今年疫情严峻时期,中核集团牵头的中法联合体还成功实现杜瓦底座吊装,拉开了国际热核聚变实验堆主设备安装序幕。随着国际热核聚变实验堆计划重大工程正式安装启动,实验堆建成指日可待。

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