可控核聚變一直被認(rèn)為是解決人類能源問(wèn)題的“終極答案”。2月29日，全球最大“人造太陽(yáng)”國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）組織與中核集團(tuán)中核工程牽頭的中法聯(lián)合體正式簽署真空室模塊組裝合同。這是中國(guó)在成功安裝其心臟設(shè)備之后，再次承擔(dān)其核心設(shè)備的安裝任務(wù)。正如童謠“種太陽(yáng)”所唱的那樣，人類親手種下的“太陽(yáng)”正在茁壯生長(zhǎng)，未來(lái)將為世界提供更多的溫暖與明亮。那么，中國(guó)的可控核聚變研發(fā)水平如何？在全球合作中扮演著怎樣的角色？真正的“人造太陽(yáng)”還要多久能夠完全實(shí)現(xiàn)？可控核聚變與當(dāng)下如火如荼的人工智能是否有深度融合的可能？全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)聚變堆核電站技術(shù)分領(lǐng)域首席專家段旭如接受記者采訪時(shí)，給出了令人振奮的回答。

突破再突破

國(guó)際核聚變能開(kāi)發(fā)進(jìn)入新階段

Q：2023年，國(guó)務(wù)院國(guó)資委啟動(dòng)實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥?lái)能源的重要方向。去年年底，在中核集團(tuán)的牽頭下，由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立。在您看來(lái)，我國(guó)核聚變研發(fā)目前處于一個(gè)什么樣的階段？近年來(lái)都取得了哪些重要進(jìn)展？“人造太陽(yáng)”距離我們還有多遠(yuǎn)？

段旭如（以下簡(jiǎn)稱“段”）：自參加ITER計(jì)劃以來(lái)，我國(guó)相關(guān)科研實(shí)力得到了極大提升，核聚變技術(shù)已從過(guò)去的跟跑到并跑，到部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。同時(shí)，在聚變科研方面培養(yǎng)了一批具有國(guó)際視野的人才，建成了多座國(guó)際先進(jìn)的研發(fā)平臺(tái)。當(dāng)前重點(diǎn)開(kāi)展聚變等離子體實(shí)驗(yàn)研究及聚變堆設(shè)計(jì)與工程技術(shù)研發(fā)，特別是為釋放聚變堆研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，正積極籌劃在聚變實(shí)驗(yàn)堆前盡快開(kāi)展氘氚燃燒等離子體實(shí)驗(yàn)，以夯實(shí)氘氚運(yùn)行科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)，加快向?qū)嶒?yàn)堆工程階段邁進(jìn)。

近年來(lái)，我國(guó)可控核聚變研究不斷取得突破。東方超環(huán)（EAST）首次實(shí)現(xiàn)403秒的長(zhǎng)時(shí)間高約束模式運(yùn)行，國(guó)內(nèi)當(dāng)前規(guī)模最大、參數(shù)能力最高的新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，再次刷新我國(guó)磁約束聚變裝置運(yùn)行紀(jì)錄，標(biāo)志我國(guó)磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。同時(shí)，我國(guó)聚變堆關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)也取得了一系列重要進(jìn)展。在聚變堆“點(diǎn)火”所需的外部加熱技術(shù)方面，我國(guó)研發(fā)的射頻負(fù)離子源中性束實(shí)現(xiàn)單級(jí)加速電壓超160KV，平均束流密超270A/m2，技術(shù)指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。在聚變堆涉核關(guān)鍵技術(shù)方面，我國(guó)ITER產(chǎn)氚包層（TBM）系統(tǒng)率先通過(guò)了ITER設(shè)計(jì)評(píng)審，制造出全球首個(gè)全尺寸聚變堆產(chǎn)氚包層驗(yàn)證模塊，率先完成ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁全尺寸原型件認(rèn)證，并發(fā)布全球首項(xiàng)核聚變領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2023年，中核集團(tuán)牽頭實(shí)施的ITER托卡馬克主機(jī)安裝第一階段任務(wù)圓滿完成，并得到ITER組織高度肯定。

近年來(lái)，世界核大國(guó)均已開(kāi)始加快推進(jìn)本國(guó)的聚變能源研發(fā)部署，社會(huì)資本也在加速涌入，核聚變能開(kāi)發(fā)正進(jìn)入新的發(fā)展階段。在全球范圍內(nèi)，歐美相繼在JET和TFTR裝置上成功開(kāi)展氘氚實(shí)驗(yàn)，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER也已開(kāi)始安裝，國(guó)際聚變能源研發(fā)正逐步邁向?qū)嶒?yàn)堆工程階段，核聚變研發(fā)進(jìn)入寶貴機(jī)遇期。2019年，中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體成功中標(biāo)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆主機(jī)安裝一號(hào)合同，意味著我國(guó)五十多年的核聚變技術(shù)積累和國(guó)際影響力獲國(guó)際的認(rèn)可。這些為我國(guó)未來(lái)深度參與ITER實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、自主設(shè)計(jì)建造聚變先導(dǎo)工程實(shí)驗(yàn)堆奠定了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

從我國(guó)核工業(yè)取得成功的寶貴經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，“實(shí)驗(yàn)堆—示范堆—商用堆”的聚變堆工程發(fā)展路徑，是核能走向能源應(yīng)用的客觀規(guī)律，我們需要腳踏實(shí)地走好每一階段。預(yù)計(jì)再經(jīng)過(guò)20到30年的時(shí)間，“人造太陽(yáng)”將為人類提供低碳、高效、安全的新型能源。

AI+聚變

產(chǎn)業(yè)融合促進(jìn)新型能源體系構(gòu)建

Q：2月21日，美國(guó)普林斯頓大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道稱，研究人員已研發(fā)出一個(gè)可用于實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)聚變堆等離子體不穩(wěn)定性的人工智能模型，可以提前300毫秒預(yù)測(cè)撕裂模不穩(wěn)定性。您如何看待這一事件？在當(dāng)前人工智能研究如火如荼的大環(huán)境下，核聚變研究與人工智能是否有深度融合的可能？應(yīng)當(dāng)從哪些方面著手加快推進(jìn)我國(guó)聚變能開(kāi)發(fā)？

段：當(dāng)前，人工智能已經(jīng)逐步介入核聚變研究領(lǐng)域，并呈現(xiàn)深度融合的趨勢(shì)。近幾年，人工智能已經(jīng)應(yīng)用于等離子體運(yùn)行監(jiān)測(cè)（破裂預(yù)測(cè)）、控制及不穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等研究中，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。總體看，人工智能在核聚變研究中的應(yīng)用還處于起步階段，具有很大的發(fā)展空間和潛力。核聚變研究經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的實(shí)驗(yàn)物理及工程數(shù)據(jù)。人工智能在處理大數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)挖掘核聚變研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加快核聚變研究進(jìn)程將具有很大推動(dòng)作用。

此外，隨著國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃不斷深入推進(jìn)及聚變堆設(shè)計(jì)研究工作的開(kāi)展，人們認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)核聚變能源應(yīng)用，仍面臨一些關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)，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科學(xué)技術(shù)問(wèn)題亟待解決。近年來(lái)，我國(guó)核聚變技術(shù)相關(guān)科研實(shí)力得到了極大提升，在聚變科研方面培養(yǎng)了一批具有國(guó)際視野的人才，建成了多座國(guó)際先進(jìn)的研發(fā)平臺(tái)。但對(duì)于核聚變能應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，無(wú)論是人才儲(chǔ)備還是研發(fā)能力仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，需要充分發(fā)揮我國(guó)新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)籌布局，協(xié)調(diào)好現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)力量與資源，團(tuán)結(jié)協(xié)作，集中力量協(xié)同攻關(guān)聚變堆關(guān)鍵技術(shù)。充分發(fā)揮工業(yè)界和企業(yè)集團(tuán)科技創(chuàng)新主體等作用，發(fā)揮企業(yè)在工程設(shè)計(jì)、材料生產(chǎn)、裝備制造等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)賦能優(yōu)勢(shì)，助推產(chǎn)學(xué)研協(xié)作效率的提升，推進(jìn)我國(guó)核聚變能開(kāi)發(fā)高質(zhì)量發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人民生活水平的提高，以化石能源為主的現(xiàn)有能源將不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，取之不盡用之不竭的清潔安全的能源是人類孜孜以求的未來(lái)理想能源。核聚變能具有資源豐富、環(huán)境友好和固有安全性等明顯優(yōu)勢(shì)，是目前認(rèn)識(shí)到的最終解決人類能源問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。期待聚變能未來(lái)可以走進(jìn)千家萬(wàn)戶，在助推我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)新型能源體系構(gòu)建和保障國(guó)家能源安全發(fā)揮更大作用。

小堆有“大”用

加快法規(guī)建設(shè)迫在眉睫

Q：除了可控核聚變，先進(jìn)小型模塊化反應(yīng)堆也是全球先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)的焦點(diǎn)。目前，“玲龍一號(hào)”項(xiàng)目進(jìn)展情況如何？在我國(guó)新型能源體系的建設(shè)中，小型模塊化反應(yīng)堆會(huì)發(fā)揮怎樣的作用？為何要加快完善適應(yīng)小型模塊化反應(yīng)堆法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)？

段：“玲龍一號(hào)”是中核集團(tuán)在成熟壓水堆核電站和核電技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型核反應(yīng)堆，是全球首個(gè)通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）通用安全審查的小型模塊化壓水反應(yīng)堆。目前，“玲龍一號(hào)”項(xiàng)目建設(shè)正在順利推進(jìn)中，今年2月6日，“玲龍一號(hào)”外穹頂?shù)跹b成功，反應(yīng)堆廠房的主體結(jié)構(gòu)已全部施工完成，為后續(xù)反應(yīng)堆廠房的封頂?shù)於嘶A(chǔ)?！傲猃堃惶?hào)”項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2026年如期投產(chǎn)發(fā)電，預(yù)計(jì)每年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí)，滿足海南52.6萬(wàn)戶家庭用電需求，每年可減少二氧化碳排放量約88萬(wàn)噸，相當(dāng)于一年植樹(shù)750萬(wàn)棵。

小堆因其系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)化、選址靈活、投資少，以及可根據(jù)用戶需求靈活設(shè)計(jì)和配置等諸多優(yōu)勢(shì)，近年越來(lái)越受到核能行業(yè)的關(guān)注，推廣小型堆的多用途利用已成為業(yè)界共識(shí)。小堆不但是熱電冷三聯(lián)供的理想熱源，還可以實(shí)現(xiàn)核能制氫、海水淡化等用途，通過(guò)與高耗能高碳排行業(yè)的耦合發(fā)展，助力其清潔低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，助力我國(guó)新型能源體系建設(shè)。

目前，針對(duì)小堆在項(xiàng)目審批、安全審查、核事故處理、應(yīng)急補(bǔ)救措施、安全防護(hù)等方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，存在較多空白。如果直接套用大型反應(yīng)堆的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，將造成冗余設(shè)計(jì)過(guò)多，無(wú)法反映小堆自身的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)制約小堆的發(fā)展。另外，小堆的選址與建造通常與目標(biāo)用戶距離較近，因而受到公眾的更大關(guān)注。因此，制定并完善適用于小堆的安全監(jiān)管法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于小堆項(xiàng)目評(píng)審落地，推動(dòng)小堆產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

作為核能創(chuàng)新的典型代表，小堆具有用途多元、部署靈活、環(huán)境友好、安全性高等突出特點(diǎn)，具有很好的發(fā)展預(yù)期和市場(chǎng)前景，將與大型壓水堆形成互補(bǔ)發(fā)展的良好局面，共同為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)作出重要貢獻(xiàn)。