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喜報!重要一天!中國在這個領域,做成了一件大事!獨家探秘

2020年12月4日,一個應該載入世界核聚變史冊的日子。核聚變關鍵裝置“中國環流器二號M裝置”首次放電,標誌著我國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造和運行技術。

中國“人造太陽”顯神威,相當於太陽芯部溫度的近10 倍!

開發聚變能源是全球核聚變人一代代接力奔跑,致力於照亮人類未來的終極能源夢想。而“中國環流器二號M裝置”是目前我國規模最大、參數最高的新一代磁約束聚變實驗研究裝置,它的等離子體離子溫度可達到1.5億度,相當於太陽芯部溫度的近十倍。

之所以把可控核聚變裝置通俗地稱為“人造太陽”,是因為它的原理和太陽發光發熱的原理一樣,都可以理解為兩個小質量的原子聚合成一個較大的原子,能夠釋放出巨大能量。開發聚變能源是全球核聚變人一代代接力奔跑,致力於照亮人類未來的終極能源夢想。

像“中國環流器二號M裝置(HL-2M)”這種特殊實驗裝置,要實現核聚變反應,關鍵的幾個條件必須具備:燃料粒子首先要達到上億攝氏度的高溫;同時要有足夠多的燃料粒子在裡面反應,有相當高的密度,還要有足夠長的能量約束時間等。

中核集團核工業西南物理研究院院長中核集團公司首席專家 段旭如

為了完成這個實驗裝置,科研人員進行了一系列技術攻堅難題。60多名科研人員,做了上百次試驗,研製出具有國際先進水準的國內首台大型立軸脈衝發電機組,不但讓安全性能大大提高,而且儲能大大提高,一台機組就相當於一個30萬千瓦機組的供電容量,相當於一個中小型水電站。

立軸脈衝發電機組

立式脈衝發電機組研製成功了,但具體安裝又是一個難題。由於立式脈衝發電機組沒有飛輪,整個機組能量主要來自轉子,而這個轉子重達400噸,安裝精度要求非常高,偏差要小於0.05毫米。

誤差小於0.05毫米,相當於比人一根頭髮的直徑還要小。由於精度要求高,現場安裝人員總共拆裝了5次,不斷改進安裝工藝,最終才把轉子安裝到位。

安裝過程中難度最大的一個環節:15噸的真空室,要從8米高的地方,垂直落到線圈筒體的外徑上去。而這個真空室的內腔和線圈的外壁之間,只有幾個毫米的間隙,5米的距離,科研人員整整花了幾個小時。

安裝內部可拆卸線圈結構也非常複雜,安裝28顆50厘米長的螺栓,要求的偏差也是0.05毫米。他們第一顆螺栓,就花了半個月的時間。

“中國環流器二號M裝置”中最核心的關鍵部件——真空室,體積大約40多立方米,高3米多,直徑5米多,核聚變反應時,氘和氚等離子就在裡面有規律運動。真空室的製造加工、焊接安裝等都有嚴格要求。其中真空度,要求達到類似外太空的環境。

真空室

由於真空室是一個全焊接式的不規則雙曲面結構,焊接點多、焊接長度長,總焊接長度2800米,焊接難度超乎想象。

35個國家共同推進核聚變項目,2025 年有望建成

中國環流器二號M裝置是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置,也是我國消化吸收ITER技術不可或缺的重要平台。

從2006年開始,由中國、美國、俄羅斯、歐盟、日本、韓國、印度等七方共同合作建造可實現大規模聚變反應的實驗堆——國際熱核聚變實驗堆ITER項目,投入近50億美元,至今還在建設階段。我國陸續承擔了ITER計劃中大概9%的18個採購包製造任務,涵蓋了ITER裝置幾乎所有的關鍵部件。

在中核集團核工業西南物理研究院的實驗室,項目負責人李波已經在這條漫長的“人造太陽”之路上,走過了整整14年。團隊花了十多年的時間,才設計出了符合“人造太陽”運行環境的關鍵部件,光是全部推倒重來就經歷了三次。

採訪中,西南物理研究院的科研人員很有感慨地告訴記者,這一系列的科研創新、攻堅克難,很大程度上要歸功於國家重視基礎科研,科研院所自主創新。可以先拿科研經費,再自主立項搞科研。科研機制的創新管理還吸引了各國科研人員的到來。

全球核聚變科研人員共同意識到,核聚變是解決人類終極能源的發展方向,也是一個挑戰難度極大的科研技術難題,它需要世界各國加強合作,在人類共同命運的道路上,在星辰大海中去追逐全人類的能源夢想。

目前,多國合作共建的,世界上最大的實驗性托卡馬克反應堆——國際熱核聚變實驗反應堆ITER,正在法國南部按計劃推進。35個國家組成了一個聯盟,共同推動 ITER項目,預計2025年左右建成。

半小時觀察:“可控核聚變”是利用核能的終極目標

目前我們常用的煤、石油、天然氣都屬於化石能源,且不說化石能源儲量有限,還有一個問題就是汙染環境。

在中共中央關於“十四五”規劃的建議中,已經將新能源列為要加快壯大的戰略性新興產業。為了尋找到一種既清潔又可持續的能源,世界各國也不約而同地把未來的能源發展方向放在了“可控核聚變”,這是利用核能的最終目標。

有科研人員孜孜不倦地奮戰, 我們期盼著,終有一天,可控核聚變能夠成為改變人類社會的清潔能源。

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