本世紀中葉核聚變能可實現(xiàn)應(yīng)用

——訪全國政協(xié)委員、中核集團核聚變領(lǐng)域首席專家段旭如

在科幻作品中，核聚變一直是經(jīng)久不衰的話題。如在今年年初上映的電影《流浪地球2》中，就有著不少關(guān)于核聚變技術(shù)應(yīng)用的鏡頭。那么在現(xiàn)實生活中可控核聚變的研究進展情況如何？科幻作品中展現(xiàn)出的行星發(fā)動機等核聚變應(yīng)用場景能否在未來成為現(xiàn)實？在今年全國兩會召開期間，中能傳媒記者專訪了全國政協(xié)委員、中核集團核聚變領(lǐng)域首席專家段旭如，他認為，基于目前聚變技術(shù)的發(fā)展情況，約三十年的時間，也就是到本世紀中葉，核聚變能可實現(xiàn)應(yīng)用。

中能傳媒：您今年的提案關(guān)注點有哪些？

段旭如：我今年全國兩會的提案主要是關(guān)于我國核事業(yè)與核能高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)建議，包括設(shè)立國家“核科學日”及充分發(fā)揮核科技工業(yè)體系作用推進我國核聚變能研發(fā)高質(zhì)量發(fā)展等內(nèi)容。

其中，建議設(shè)立國家“核科學日”，將有益于加強核科普工作，讓公眾正確了解核、認識核、接受核，并激發(fā)青少年喜愛核科學的興趣，同時將有助于激勵核事業(yè)工作者，對我國核事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義和深遠影響。

在推進我國核聚變能研發(fā)高質(zhì)量發(fā)展方面建議充分發(fā)揮核科技工業(yè)體系的作用，主要是考慮到目前核聚變能研發(fā)已走入發(fā)展聚變堆核工程與技術(shù)階段，因此應(yīng)充分發(fā)揮我國核科技工業(yè)體系的作用，吸引更多有豐富經(jīng)驗的核工程技術(shù)力量共同參與，彌補現(xiàn)有聚變研發(fā)力量在聚變堆核工程等方面經(jīng)驗與技術(shù)的不足，為早日實現(xiàn)聚變能技術(shù)高水平自立自強、加速聚變能研發(fā)高質(zhì)量發(fā)展、助推“雙碳”目標的實現(xiàn)貢獻聚變力量。

中能傳媒：今年大年初一上映的電影《流浪地球2》在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)熱議，電影中提及的行星發(fā)動機其原理就是核聚變，您如何看待這一科幻方向？在您來看，電影中展現(xiàn)出的行星發(fā)動機等核聚變應(yīng)用場景在未來能否成為現(xiàn)實？

段旭如：《流浪地球2》這部開年科幻電影非常震撼，利用核聚變作為能源來驅(qū)動龐大的行星發(fā)動機，這是科幻作者天馬行空的想象，更是作者對未來科技的期待，特別是對解決人類未來能源問題的根本途徑——核聚變能的期待。

迄今為止，人類可控核聚變技術(shù)突破令人鼓舞，在實驗室已獲得核聚變能量增益超過1。正如人們了解的，可控核聚變具有資源豐富、環(huán)境友好、固有安全等突出優(yōu)勢，1升水中含有的氘全部聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。據(jù)估計，僅在海洋中含有的氘，作為核聚變?nèi)剂献銐蛉祟愂褂蒙蟽|年。因此，未來可控核聚變技術(shù)一旦實現(xiàn)應(yīng)用，像海水淡化、星際旅行等因耗能巨大而望而卻步的工程均有望在核聚變的支持下得到快速發(fā)展。而像影片中的行星發(fā)動機等硬核科技以目前的認知看似遙不可及，但隨著未來的重大發(fā)現(xiàn)和科學技術(shù)的不斷突破，在未來或許可以成為現(xiàn)實。

中能傳媒：目前我國可控核聚變的研究進展情況如何？您預(yù)計何時人類可以使用可控核聚變的能源？目前可控核聚變的項目研究還有哪些問題亟待解決？

段旭如：我國可控核聚變研究始于20世紀50年代，幾乎與國際上可控核聚變研究同時起步，有著堅實的科技基礎(chǔ)與人才積累。尤其自參加ITER計劃以來，我國核聚變相關(guān)科研實力得到了極大提升，核聚變技術(shù)已從過去的跟跑到并跑，到部分技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。2022年，我國規(guī)模最大、參數(shù)能力最高的新一代“人造太陽”（HL-2M）裝置國內(nèi)首次突破100萬安培等離子體電流運行，創(chuàng)造了我國磁約束聚變裝置新的運行紀錄，標志著我國核聚變研發(fā)距離聚變點火邁進重要一步。

在世界范圍內(nèi)，可控核聚變正進入發(fā)展的關(guān)鍵時期。近期，歐洲聯(lián)合環(huán)JET創(chuàng)造了59兆焦耳聚變能量輸出的世界紀錄，美國國家點火裝置NIF首次實現(xiàn)了聚變輸出能量大于輸入能量。國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃啟動后，全球聚變界集中力量攻克聚變堆相關(guān)的工程技術(shù)難題，目前該計劃已進入主機工程裝配階段，預(yù)計在幾年后投入運行?；谀壳熬圩兗夹g(shù)的發(fā)展情況，預(yù)計再經(jīng)過三十年左右的時間，也就是到本世紀中葉，聚變能可以實現(xiàn)應(yīng)用。

ITER計劃的啟動標志著磁約束聚變研究由聚變等離子體實驗與運行為主逐步走向發(fā)展聚變堆核工程與技術(shù)。而要實現(xiàn)核聚變能源應(yīng)用，仍面臨一些關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，這主要包括氘氚聚變等離子體穩(wěn)態(tài)自持燃燒、聚變堆材料以及氚自持等技術(shù)亟待解決。此外，我國聚變堆的核與輻射安全法規(guī)、導則和技術(shù)標準還需建立完善。為此，應(yīng)充分發(fā)揮我國核科技工業(yè)體系的作用，吸引更多有豐富經(jīng)驗的核工程技術(shù)力量共同參與，集中力量開展核聚變工程和技術(shù)攻關(guān)，并逐步搭建聚變能的技術(shù)開發(fā)體系和工業(yè)體系，加速我國核聚變能開發(fā)進程。

中能傳媒：像剛剛您也提及的ITER項目，那么據(jù)您了解，在ITER項目中我國貢獻了哪些力量？目前進展情況如何？

段旭如：我國以平等伙伴身份加入ITER計劃，貢獻比例約占9％，其中70％以上采用了實物貢獻方式，并陸續(xù)承擔了18個部件研制項目的制造任務(wù)，涵蓋了ITER裝置重要關(guān)鍵部件。

目前，我國承擔的ITER部件研制項目任務(wù)進展順利，取得了一系列技術(shù)突破，成果豐碩。比如，核工業(yè)西南物理研究院牽頭研發(fā)的第一壁采購包半原型部件在2016年成功通過高熱負荷測試，在世界上率先通過認證，同時也帶動了我國其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。2022年中國團隊完成首件制造，且其核心指標顯著優(yōu)于設(shè)計要求，具備了批量制造條件，這標志著中國全面突破“ITER增強熱負荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)該項核心科技持續(xù)領(lǐng)跑。

此外，ITER產(chǎn)氚包層技術(shù)是未來聚變堆實現(xiàn)氚自持的關(guān)鍵技術(shù)，屬于不共享、敏感技術(shù)。中方ITER產(chǎn)氚實驗包層模塊（TBM）項目實現(xiàn)了多個第一，是ITER組織簽署第一個TBM協(xié)議，也是第一個通過概念設(shè)計評審、第一個進入到工程設(shè)計階段的TBM項目。不僅為ITER貢獻中國方案，也為我國掌握該項技術(shù)，未來自主設(shè)計建造聚變堆提供了保障。

2019年，中核集團牽頭的中法聯(lián)合體正式簽訂了國際熱核聚變實驗堆主機安裝1號合同（TAC1)，它的內(nèi)容包含了ITER裝置核心部件的安裝工程，其重要性相當于人體的心臟。這是有史以來中國企業(yè)在歐洲市場中競標的最大核能工程項目合同。目前已順利完成了第一階段的工程任務(wù)。

可以說，目前我國按時、高標準、高質(zhì)量交付了ITER計劃有關(guān)任務(wù)，關(guān)鍵部件研制項目完成質(zhì)量與進度均走在ITER參建各方前列，有力推動了ITER計劃的實施。