“人造太阳”新突破
2022-12-31
模仿太阳聚变反应原理造一个“太阳”，被科学家们认为是解决人类能源危机的最佳方案。专家认为，这是一种清洁能源，没有碳排放，没有放射性废料，是一种理想的“终极能源”。一旦掌握了核聚变能，人类将实现能源自由。
能源问题，是人类社会的一个根本问题。一部能源史，就是一部人类生存危机史。能源能够促成国际合作，也会引发战争；能源能够催生工业革命，也会导致经济危机；能源能够促进科技发展，也会造成环境破坏。作为被全人类寄予厚望的未来能源方式，可控核聚变技术利用太阳燃烧的原理来释放热量，又被称作“人造太阳”。
近日，中核集团核工业西南物理研究院传出消息，全球最大“人造太阳”核心部件研制取得重大进展，日益接近实现——国际热核聚变实验堆（ITER）计划增强热负荷第一壁完成首件制造，其核心指标显著优于设计要求，具备了批量制造条件。这标志着中国全面突破“ITER 增强热负荷第一壁”关键技术，实现该项核心科技持续领跑。
什么是“人造太阳”？为何说这是一项史无前例的国际合作？中国的研发进展有何重要意义？
造一个“太阳”
万物生长靠太阳。可以说，太阳是地球最大的能量来源，它的表面温度约6000 摄氏度，内核温度约1500 万摄氏度，每秒钟可散发出相当于1 亿亿吨煤炭完全燃烧产生的能量。太阳为什么能产生这么大的能量？是因为其内部持续不断的核聚变反应。
国际热核聚变实验堆（ITER）增强热负荷第一壁首件制造下线现场
核聚变的原理是由质量较小的原子——如氢的同位素氘、氚，在极高温条件下使核外电子摆脱原子核的束缚，两个原子核相互碰撞聚合，生成新的质量更重的原子核氦，由于质量亏损和质能转换，释放巨大的能量。支撑这种聚变反应的主要原材料氘，在地球上的储量极其丰富。据测算，从1 升海水中提炼出的氘，经核聚变反应后释放的能量相当于300升汽油燃烧的能量。而海洋中蕴藏着约40 万亿吨氘，理论上用于聚变反应释放的能量足够人类使用上百亿年，几乎无穷无尽。由此，模仿太阳聚变反应原理造一个“太阳”，被科学家们认为是解决人类能源危机的最佳方案。
中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所副研究员鄢容介绍：“这是一种清洁能源，没有碳排放，没有放射性废料，也不会出现燃料棒熔断的灾难，是一种理想的‘终极能源’。一旦掌握了核聚变能，人类将实现能源自由。”
全球规模最大的能源合作项目
从上世纪50 年代开始，世界科学家们便开始了在可控核聚变领域的研究。
中国的“人造太阳”之路同样始于上世纪50 年代，至今已近70 年。1956 年，中国在钱三强等科学家的倡导下开始“可控的热核反应”研究；1965 年，中国专门研究核聚变能源开发的专业研究院在四川成都成立；1984 年，我国核聚变领域的第一座大科学装置——用于通过磁场约束核聚变的中国环流器一号（HL- 1）在核工业西南物理研究院落成。1994 年，我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”（HT- 7）研制成功，使我国成为继俄、法、日之后第四个拥有超导托卡马克装置的国家，也是我国建成并投入运行的首个超导托卡马克装置。
时间来到2006 年，中国与美国、俄罗斯、欧盟、韩国、日本、印度一同签署了全球最大的“人造太阳”——国际热核聚变实验堆（ITER）计划。这意味着世界主要持核国家和覆盖人口近全球一半的几大国家都共同联合起来，群策群力地参与了到对核聚变这一未来能源的研究之中。
作为目前全球规模最大的、影响最深远的能源合作项目，国际热核聚变实验堆计划的建造需要大约100 万个部件和至少1000 万个零件。自2006年草签也就是正式执行之日起，各国都开始为了实验堆的安装而“在家”闷头准备各自负责的部分。
中国已经走在世界的前端位置
根据报道，由中国负责的国际热核聚变实验堆计划的核心部件——增强热负荷第一壁已经完成了首件全尺寸原型的制造。什么是增强热负荷第一壁？第一壁是指在核聚变中直接面对实验堆内芯等离子体的真空室壁。它有多关键呢？第一壁能封闭等离子体，直接吸收等离子体释放的20%能量。
大家都知道，核聚变实验堆的温度高达上亿摄氏度，增强热负荷第一壁的作用就是在距离反应堆一定距离的地方“容抱”等离子体上亿度的超高温，在经历高温辐射不融化的情况下还要保持性能——保证等离子体受强磁场约束在真空当中，持续地产生大规模反应。
如果没有它的阻隔，实验堆内芯氢离子体的喷溅辐射会造成极严重的腐蚀，外壁制造用材料什么都无济于事，只会被直接汽化。连反应堆都无法隔离开来，就更别提控制核反应“人造太阳”了。这一件最关键的核心部件由中核集团核工业西南院完成制造，不仅比最初的设计要求更优秀，还实现了该部件的批量制造。目前，中国掌握的该项技术已经率先通过国际认证，这说明在此领域中国已经走在世界的前端位置。
相信在我国及世界各国科学家的通力合作下，能够真正建造商用的聚变堆，使得核聚变真正能够颠覆世界能源格局，带领人类走向新的高度。
