能源是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。而現(xiàn)有的能源形式當(dāng)中，無(wú)論是石化能源還是可再生能源都或多或少存在各自的限制。
全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)域首席專家段旭如指出，相比于現(xiàn)階段人們使用的石化、風(fēng)電等能源，可控核聚變發(fā)電具有諸多優(yōu)勢(shì)，首先是燃料豐富，地球儲(chǔ)備的石化能源遲早有一天會(huì)枯竭，而核聚變的燃料“氘”可以直接從海水當(dāng)中提取，資源十分豐富。其次是核聚變可以實(shí)現(xiàn)無(wú)碳排放，也不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)壽命的放射性產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境十分友好。第三是可控核聚變發(fā)電的原動(dòng)機(jī)和火電等形式的類似，都是“燒開(kāi)水”的模式，那就意味著可以在一定空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大功率電能的穩(wěn)定輸出，不受地域、氣候等外界因素的影響。
他進(jìn)一步表示：核聚變能是目前認(rèn)識(shí)到的最終解決人類能源問(wèn)題的重要途徑。
正是這些“無(wú)限接近完美”的優(yōu)勢(shì)，深耕核聚變領(lǐng)域多年的段旭如幾年來(lái)多次提案呼吁應(yīng)加強(qiáng)加快核聚變研發(fā)，并在去年兩會(huì)期間談到，預(yù)計(jì)到2050年左右，也就是建國(guó)一百年之際，人類可使用上核聚變能源。今年兩會(huì)期間，他再一次建議：加強(qiáng)頂層統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，加快解決短板問(wèn)題，加速推進(jìn)核聚變能開(kāi)發(fā)全面邁入工程技術(shù)的研發(fā)與驗(yàn)證階段，積極搶占聚變能研發(fā)制高點(diǎn)，讓科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
國(guó)際核聚變研發(fā)屢獲突破
2022年12月，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)家點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)了聚變輸出能量大于激光輸入能量，聚變反應(yīng)的能量增益(Q)大于1。該消息一度引發(fā)網(wǎng)友熱議：這是否意味著將改變核聚變研發(fā)軌跡，或是提速商運(yùn)進(jìn)程?
暫且不回答上述問(wèn)題，先來(lái)看看國(guó)際核聚變研發(fā)現(xiàn)狀。事實(shí)上，在國(guó)際核聚變研發(fā)賽道上，早已打響“奔跑”發(fā)令槍，各國(guó)及相關(guān)組織方積極推進(jìn)這一顛覆性技術(shù)的研發(fā)。隨著國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃的啟動(dòng)已走向發(fā)展聚變堆核工程技術(shù)的工程階段，各國(guó)研發(fā)不斷提速，且屢獲突破，如2021年世界最大的在運(yùn)磁約束聚變研究裝置━歐洲聯(lián)合環(huán)實(shí)現(xiàn)了59兆焦耳聚變能量輸出，以及上述的美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)突破。
與此同時(shí)，世界多國(guó)正在積極籌劃自主設(shè)計(jì)建造核聚變堆，希望通過(guò)開(kāi)展大規(guī)模核聚變反應(yīng)堆的工程設(shè)施設(shè)計(jì)、建造，能在未來(lái)核聚變能的商業(yè)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中獲得主導(dǎo)權(quán)。
對(duì)此，段旭如表示，近年來(lái)國(guó)際聚變研究屢獲突破，令人鼓舞。針對(duì)美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所取得的成果，他表示，人類對(duì)于可控核聚變的主流技術(shù)路線之一是磁約束核聚變，也是參與國(guó)家更多、研究更廣泛的技術(shù)路線，如多國(guó)合作的“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)”計(jì)劃、國(guó)內(nèi)熟知的“新一代‘人造太陽(yáng)’(HL-2M)”等都屬于磁約束聚變托卡馬克裝置。
而此次美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室裝置屬于慣性約束聚變裝置，是利用激光作為驅(qū)動(dòng)源的。其中能量增益(Q)指的是聚變裝置輸出能量和輸入能量的比值，這是衡量聚變裝置功能的重要指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)Q大于1的能量產(chǎn)出必然是聚變研究具有標(biāo)志的節(jié)點(diǎn)，意味著在工程上對(duì)可控核聚變的掌握已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步，這也給從事聚變科學(xué)研究的科研人員帶來(lái)了鼓舞。
但是，根據(jù)公布的數(shù)據(jù)，從實(shí)際運(yùn)行角度來(lái)看，相對(duì)于磁約束核聚變來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變反應(yīng)的商業(yè)進(jìn)程還有很長(zhǎng)的路要走。
全力奔赴在“我們負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)”的聚變之路上
今年年初《流浪地球2》上映，中核集團(tuán)發(fā)文：“你們盡管想象，我們負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)”，迅速火遍全網(wǎng)，網(wǎng)友表示，這是科技與科幻的雙向奔赴，是夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)。
對(duì)此，段旭如表示，“這充分展現(xiàn)了中核集團(tuán)作為央企的責(zé)任擔(dān)當(dāng)與科技實(shí)力的自信。我們的科學(xué)家正奔赴在‘我們負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)’的聚變之路上，全力尋找‘終極’能源之密鑰，且向世界展現(xiàn)了核聚變研發(fā)中的中國(guó)力量。”
作為我國(guó)核能發(fā)展“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰(zhàn)略的最后一步，大力開(kāi)展可控核聚變技術(shù)攻關(guān)已作為低碳前沿技術(shù)納入《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》。
段旭如表示，在我國(guó)政府大力支持和科研人員的努力下，我國(guó)核聚變技術(shù)研究已從跟跑大步跨越到并跑，部分技術(shù)甚至實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑，2022年新一代“人造太陽(yáng)”(HL-2M)突破100萬(wàn)安培，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)等離子體運(yùn)行新紀(jì)錄。
與此同時(shí)，積極參與ITER國(guó)際合作項(xiàng)目，段旭如表示，通過(guò)多年探索與攻關(guān)，我國(guó)在一些聚變堆關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵材料等方面已經(jīng)擁有國(guó)際先進(jìn)的研發(fā)或生產(chǎn)能力，在服務(wù)ITER計(jì)劃的同時(shí)，也帶動(dòng)了這些領(lǐng)域及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)，為推動(dòng)ITER發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)力量。
2008年以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)承擔(dān)的18個(gè)關(guān)鍵部件研制項(xiàng)目的制造任務(wù)，貢獻(xiàn)比例約占9%，其中70%以上以實(shí)物貢獻(xiàn)方式(即研發(fā)制造ITER裝置部件)，涵蓋了ITER裝置的關(guān)鍵部件，由上百家科研院所、企業(yè)承擔(dān)。在ITER關(guān)鍵部件研制項(xiàng)目研發(fā)制造過(guò)程中，取得了重大突破，解決了一系列聚變工程關(guān)鍵技術(shù)。以ITER第一壁關(guān)鍵部件研制項(xiàng)目半原型部件為例，我國(guó)2016年成功通過(guò)了高熱負(fù)荷試驗(yàn)認(rèn)證，在世界范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了該類部件的高熱負(fù)荷測(cè)試，相關(guān)技術(shù)被ITER國(guó)際組織推薦應(yīng)用到ITER偏濾器上。
2019年，中核集團(tuán)中國(guó)核電工程有限公司牽頭的中法聯(lián)合體，與ITER組織簽署了TAC1項(xiàng)目工程總承包合同，這是有史以來(lái)中國(guó)企業(yè)在歐洲市場(chǎng)中競(jìng)標(biāo)的最大核能工程項(xiàng)目合同，該合同的簽訂標(biāo)志著我國(guó)核聚變技術(shù)與人才積累、核電建設(shè)能力以及國(guó)際影響力獲得國(guó)際聚變界認(rèn)可。TAC1安裝標(biāo)段工程是ITER裝置最重要的核心設(shè)備安裝工程，其重要性相當(dāng)于核電站的反應(yīng)堆、人體里的心臟。
2022年，ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，其核心指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，具備了批量制造條件。這是我國(guó)在可控核聚變領(lǐng)域的重大突破，標(biāo)志著中國(guó)全面突破“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)核心科技持續(xù)領(lǐng)跑，有力提升了我國(guó)在該領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。
段旭如表示：“我國(guó)按時(shí)、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量交付了有關(guān)任務(wù)，關(guān)鍵部件研制項(xiàng)目完成質(zhì)量與進(jìn)度均走在ITER七方前列，有力推動(dòng)了項(xiàng)目實(shí)施，得到參與各方充分肯定。”
建議：加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)與統(tǒng)籌，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，協(xié)同攻關(guān)聚變堆核心關(guān)鍵技術(shù)
一系列的成績(jī)令人鼓舞。為加快推進(jìn)聚變能開(kāi)發(fā)進(jìn)程，早日實(shí)現(xiàn)聚變能技術(shù)高水平自立自強(qiáng)、助推“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)能源新體系構(gòu)建和保障國(guó)家能源安全，段旭如表示，應(yīng)充分發(fā)揮我國(guó)現(xiàn)有核科技工業(yè)體系的作用，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌，有目的有原則引導(dǎo)并調(diào)動(dòng)核工程等相關(guān)優(yōu)勢(shì)單位積極參與核聚變能開(kāi)發(fā)，有組織有分工地促進(jìn)相關(guān)單位優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，協(xié)同攻關(guān)聚變堆核心關(guān)鍵技術(shù)，逐步完善我國(guó)聚變能源技術(shù)研發(fā)工業(yè)體系，推進(jìn)核聚變能研發(fā)高質(zhì)量發(fā)展。
段旭如建議：強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌，通過(guò)加強(qiáng)政策、資金、平臺(tái)等穩(wěn)定支持，一方面持續(xù)強(qiáng)化聚變技術(shù)研究，力爭(zhēng)盡早全面實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)跑;另一方面發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，依托我國(guó)完整的核科技工業(yè)體系和豐富的核工程經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化聚變核工程研究，以核聚變領(lǐng)域的專業(yè)院所為核心，充分調(diào)動(dòng)核工程單位、業(yè)主單位、制造商、監(jiān)管部門等各方積極參與，逐步完善聚變能的技術(shù)開(kāi)發(fā)體系和工業(yè)體系，借鑒和吸納核電工程設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、項(xiàng)目管理先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加快解決短板與“卡脖子”問(wèn)題，加速推進(jìn)核聚變能開(kāi)發(fā)全面邁入工程技術(shù)的研發(fā)與驗(yàn)證階段，積極搶占聚變能研發(fā)制高點(diǎn)。
評(píng)論