“人造太陽”新突破

模仿太陽聚變反應(yīng)原理造一個“太陽”，被科學(xué)家們認(rèn)為是解決人類能源危機的最佳方案。專家認(rèn)為，這是一種清潔能源，沒有碳排放，沒有放射性廢料，是一種理想的“終極能源”。一旦掌握了核聚變能，人類將實現(xiàn)能源自由。

能源問題，是人類社會的一個根本問題。一部能源史，就是一部人類生存危機史。能源能夠促成國際合作，也會引發(fā)戰(zhàn)爭；能源能夠催生工業(yè)革命，也會導(dǎo)致經(jīng)濟危機；能源能夠促進(jìn)科技發(fā)展，也會造成環(huán)境破壞。作為被全人類寄予厚望的未來能源方式，可控核聚變技術(shù)利用太陽燃燒的原理來釋放熱量，又被稱作“人造太陽”。

近日，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院傳出消息，全球最大“人造太陽”核心部件研制取得重大進(jìn)展，日益接近實現(xiàn)——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，其核心指標(biāo)顯著優(yōu)于設(shè)計要求，具備了批量制造條件。這標(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。

什么是“人造太陽”？為何說這是一項史無前例的國際合作？中國的研發(fā)進(jìn)展有何重要意義？

造一個“太陽”

萬物生長靠太陽。可以說，太陽是地球最大的能量來源，它的表面溫度約6000 攝氏度，內(nèi)核溫度約1500 萬攝氏度，每秒鐘可散發(fā)出相當(dāng)于1 億億噸煤炭完全燃燒產(chǎn)生的能量。太陽為什么能產(chǎn)生這么大的能量？是因為其內(nèi)部持續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)。

國際熱核聚變實驗堆（ITER）增強熱負(fù)荷第一壁首件制造下線現(xiàn)場

核聚變的原理是由質(zhì)量較小的原子——如氫的同位素氘、氚，在極高溫條件下使核外電子擺脫原子核的束縛，兩個原子核相互碰撞聚合，生成新的質(zhì)量更重的原子核氦，由于質(zhì)量虧損和質(zhì)能轉(zhuǎn)換，釋放巨大的能量。支撐這種聚變反應(yīng)的主要原材料氘，在地球上的儲量極其豐富。據(jù)測算，從1 升海水中提煉出的氘，經(jīng)核聚變反應(yīng)后釋放的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒的能量。而海洋中蘊藏著約40 萬億噸氘，理論上用于聚變反應(yīng)釋放的能量足夠人類使用上百億年，幾乎無窮無盡。由此，模仿太陽聚變反應(yīng)原理造一個“太陽”，被科學(xué)家們認(rèn)為是解決人類能源危機的最佳方案。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所副研究員鄢容介紹：“這是一種清潔能源，沒有碳排放，沒有放射性廢料，也不會出現(xiàn)燃料棒熔斷的災(zāi)難，是一種理想的‘終極能源’。一旦掌握了核聚變能，人類將實現(xiàn)能源自由?！?/p>

全球規(guī)模最大的能源合作項目

從上世紀(jì)50 年代開始，世界科學(xué)家們便開始了在可控核聚變領(lǐng)域的研究。

中國的“人造太陽”之路同樣始于上世紀(jì)50 年代，至今已近70 年。1956 年，中國在錢三強等科學(xué)家的倡導(dǎo)下開始“可控的熱核反應(yīng)”研究；1965 年，中國專門研究核聚變能源開發(fā)的專業(yè)研究院在四川成都成立；1984 年，我國核聚變領(lǐng)域的第一座大科學(xué)裝置——用于通過磁場約束核聚變的中國環(huán)流器一號（HL- 1）在核工業(yè)西南物理研究院落成。1994 年，我國第一個圓截面超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置“合肥超環(huán)”（HT- 7）研制成功，使我國成為繼俄、法、日之后第四個擁有超導(dǎo)托卡馬克裝置的國家，也是我國建成并投入運行的首個超導(dǎo)托卡馬克裝置。

時間來到2006 年，中國與美國、俄羅斯、歐盟、韓國、日本、印度一同簽署了全球最大的“人造太陽”——國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃。這意味著世界主要持核國家和覆蓋人口近全球一半的幾大國家都共同聯(lián)合起來，群策群力地參與了到對核聚變這一未來能源的研究之中。

作為目前全球規(guī)模最大的、影響最深遠(yuǎn)的能源合作項目，國際熱核聚變實驗堆計劃的建造需要大約100 萬個部件和至少1000 萬個零件。自2006年草簽也就是正式執(zhí)行之日起，各國都開始為了實驗堆的安裝而“在家”悶頭準(zhǔn)備各自負(fù)責(zé)的部分。

中國已經(jīng)走在世界的前端位置

根據(jù)報道，由中國負(fù)責(zé)的國際熱核聚變實驗堆計劃的核心部件——增強熱負(fù)荷第一壁已經(jīng)完成了首件全尺寸原型的制造。什么是增強熱負(fù)荷第一壁？第一壁是指在核聚變中直接面對實驗堆內(nèi)芯等離子體的真空室壁。它有多關(guān)鍵呢？第一壁能封閉等離子體，直接吸收等離子體釋放的20%能量。

大家都知道，核聚變實驗堆的溫度高達(dá)上億攝氏度，增強熱負(fù)荷第一壁的作用就是在距離反應(yīng)堆一定距離的地方“容抱”等離子體上億度的超高溫，在經(jīng)歷高溫輻射不融化的情況下還要保持性能——保證等離子體受強磁場約束在真空當(dāng)中，持續(xù)地產(chǎn)生大規(guī)模反應(yīng)。

如果沒有它的阻隔，實驗堆內(nèi)芯氫離子體的噴濺輻射會造成極嚴(yán)重的腐蝕，外壁制造用材料什么都無濟于事，只會被直接汽化。連反應(yīng)堆都無法隔離開來，就更別提控制核反應(yīng)“人造太陽”了。這一件最關(guān)鍵的核心部件由中核集團(tuán)核工業(yè)西南院完成制造，不僅比最初的設(shè)計要求更優(yōu)秀，還實現(xiàn)了該部件的批量制造。目前，中國掌握的該項技術(shù)已經(jīng)率先通過國際認(rèn)證，這說明在此領(lǐng)域中國已經(jīng)走在世界的前端位置。

相信在我國及世界各國科學(xué)家的通力合作下，能夠真正建造商用的聚變堆，使得核聚變真正能夠顛覆世界能源格局，帶領(lǐng)人類走向新的高度。