我国自主研制的“中国环流器二号M”预计明年投入运行实验

  我国自主研制的“中国环流器二号M”预计明年投入运行实验 将为“人造太阳 ”提供重要技术支撑

  央广网北京12月1日消息(记者张棉棉 刘飞 郭鹏)据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,科幻电影《流浪地球》中 ,为了把地球推离太阳系,人类建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机。太阳的能量来源就是其内部的热核聚变 。

  目前,人类利用核聚变的最典型例子就是氢弹。但氢弹的能量是短时间爆炸性释放 ,只能作为武器使用 ,无法作为一个稳定而强大的能量来源。让聚变能量平稳 、可控地输出,是全球科学家不懈努力的目标 。

  其中,“国际热核聚变实验堆”项目 ,可谓是这方面研究的皇冠上的宝石,它也被称为“人造太阳” 。最新的进展是,目前 ,作为国际“人造太阳 ”项目的关键一环,中国的新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M ”建设顺利,预计2020年投入运行实验。“人造太阳”正式运行后会给我们的生活带来哪些改变?人类距离完全拥有“人造太阳”还有多远的路要走?

  “我有一个美丽的愿望 ,长大以后能播种太阳…… ”这是来自儿歌《种太阳》的歌词。如今,我国的核工业科学家们正在实现歌词中的梦想,因为他们几十年不懈研发 ,真的在为人类造一个“人造太阳” 。听起来有些不可思议?中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如说,由我国自主研制的可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设进展顺利,明年将投入实验运行 ,这将为人类制造“人造太阳 ”提供重要的技术支撑。

  段旭如介绍:“我们启动了中国环流器二号M装置的建设 ,主要目的是加大它的规模,增强它的能力,让它可以达到上亿度的离子温度;另外其参数将极大提高 ,这样才能开展一些跟我们参与的国际热核聚变实验堆(ITER)计划相关的一些物理和科学问题,包括技术问题的研究,为我们参加ITER计划提供技术和人才支撑。这个新装置现在进展比较顺利 ,我们预计在2020年建成,开始实验 。”

  国际热核聚变实验堆,英文简称ITER ,由于其原理和太阳发光发热的原理相同,因此也被称为“人造太阳”。它是由中、美、俄 、欧盟 、日、韩、印度七方共同建造可实现大规模聚变反应的实验堆,从而解决人类面临的能源问题。段旭如称 ,每个参与方承担整个工程中的一部分工作,我国的贡献份额约占整个ITER的10% 。“这个10%主要部分是实物贡献,也就是说 ,ITER是一个聚变实验堆 ,由很多部件构成,中方承担了其中部分部件的技术研发和生产制造。最后在中国做好以后,运到现在的ITER总部法国去。 ”段旭如说 。

  中国环流器二号A装置正是对中国承担的ITER部件研制任务的技术支持。中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所负责人许敏介绍 ,中国环流器二号A其实相当于一个未来的核聚变反应堆雏形,科学家们想到用磁场把这些高温燃料束缚起来,让它们乖乖地在一个环形的空间里飞行 ,不和真空室接触。“做法就是产生微波和电子回旋的波,然后通过传输线,最后注入到真空室里去 ,等离子体吸收这些微波以后,它的温度自然就会升上来 。从原理上讲,跟微波炉非常像 ,但它的功率要大得多 。”许敏说。

  早在2002年,我国已完成中国环流器二号A的建造,如今的中国环流器二号M又有哪些不同呢?段旭如解释说 ,环流器二号M将在等离子体电流以及温度等方面达到更为惊人的参数。“它的离子温度可以突破1亿度以上 ,达到1.5亿度,其它的参数也高,比如建成以后 ,它的电流将达到3兆安培,这是一个什么概念?我们现在国内最大的装置,它的电流也只能到1兆安倍 ,所以它的能力将会极大地提升,可以为今后国际热核聚变实验堆,也就是ITER计划提供技术支撑 。”

  事实上 ,在整个ITER计划中,有多个国家在研制这样的耐高温材料,这些材料处于聚变反应堆最核心位置 ,直接面对高温聚变燃料,因而被称为反应堆的“第一壁 ”。第一壁要承受每平米4.7兆瓦的热量,可以瞬间将一公斤的钢铁融化。中核集团核工业西南物理研究院ITER屏蔽包层项目负责人谌继明说 ,装置内部可以达到上亿度的高温 ,采用不锈钢 、铜合金与金属铍的真空注压,筑起一道“防火墙” 。“实际上ITER的专家心里也没底,到底这个能不能耐得住4.7兆瓦每平方米的热度。通过我们自主研发的部件 ,我们成了世界上第一家通过高热负荷实验认证的单位,我们率先拿到了生产许可证。”谌继明介绍 。

  应该说,“人造太阳 ”上应用的很多中国技术都达到了世界领先的水平 ,谌继明表示,我们实现了从落后到齐步进而部分技术领跑的转变。“在参加ITER之初,我们比国外落后20年;到2010年左右 ,我们追赶上了,和他们齐头并进;到现在,我们率先通过了国际认证。事实证明 ,我们确实在某些方面已经开始领跑 。 ”

  说到这里,大家可能又要问了,我们为什么非要建设“人造太阳”呢?都说“万物生长靠太阳” ,太阳是地球上万物生长的一切来源 ,它正是利用核聚变反应,不断向地球输送能源。中科院等离子体所常务副所长宋云涛表示,这颗“太阳 ”如果建设成功 ,可能会一劳永逸地解决地球能源短缺的问题。“如果我们成功了,可以让一升海水去发生核聚变,能够产生的能量相当于300升汽油的能量 。如果能够建成未来的聚变电站 ,那么可以为人类提供取之不尽、用之不竭的能源 。”

  我们利用核聚变做出的“人造太阳”又有哪些优势?中核集团董事长余剑锋解释称,我们常用的煤、石油 、天然气等化石能源,储量有限 ,且污染环境,核聚变能量源氘气来自海水,可以源源不断地供应。他介绍:“氘气在海水里面是很多的 ,大概有45万亿吨,就是说一升海水就相当于300升的汽油,能量是巨大的 ,核聚变能没有放射性的废物 ,所以这是一个跨时代、世界级的项目,也会改变人类的生活。 ”

  今天,“中国环流器二号M”的顺利建设让我们对未来又多了几分期待 。段旭如说 ,希望在二十一世纪中叶,聚变工程实验堆实验成功,建设聚变商业示范堆 ,完成人类终极能源梦想——“人造太阳”。他表示:“在研究过程中发现还有很多挑战没有解决,靠一个国家的实力来攻克,现在还有难度。也是希望集中全世界的科技力量 ,来共同攻克难题,所以2006年签署了ITER执行协议,我们在2025年将在法国南部建成ITER(人造太阳)第一个国际上的核聚变反应堆 ,达到这个目标以后,我们将会建示范堆,示范堆以后商用 。 ”