“人造太阳”聚变力量照亮未来能源之路

“人造太阳”聚变力量照亮未来能源之路

――解密我国受核聚变事业的前世今生

白宇

　　《流浪地球》《复仇者联盟》……在许多科幻电影中，核聚变往往成为终极能源被人类所掌握。近日，记者跟随国务院国资委新闻中心组织的“科幻作家走进新国企”活动，来到位于四川省成都市的中核集团核工业西南物理研究院 （以下简称“核西物院”），近距离接触现实版“人造太阳”的聚变力量，亲身感受受控核聚变的前世今生。

　　HL―2A助推我国跻身核聚变

　　能源开发国际先进水平

　　“核裂变是由重的原子核分裂为轻的原子核，释放中子并发生链式反应；而核聚变则是裂变相反的核反应形式，由较轻的原子核变化为较重的原子核。”核西物院院长刘永表示。

　　资料显示，目前在运核电站利用的核能均由核裂变产生，而核聚变释放的能量比核裂变更大。在人工控制下的聚变为受控聚变，在受控情况下释放能量的聚变装置称为聚变反应堆或聚变堆。

　　刘永介绍，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，不断地向外辐射能量，向地球输送能源。由于受控核聚变装置的基本物理原理与太阳内部核反应的机理相仿，所以这种装置被形象地称为“人造太阳”。

　　当然，距离完全掌握受控核聚变技术还存在一段征程，但是人类从未停止对此项技术的探索，位于核西物院内的中国环流器二号A（HL―2A）就是最好的证明。

　　据介绍，HL―2A是我国第一个带偏滤器的大型托卡马克聚变研究装置，为我国受控核聚变研究提供了重要的实验平台。来到容纳HL―2A的“车间”，巨大且复杂成为记者对该装置的第一印象。仔细观察，该装置占地面积可达上百平方米，整体外形类似一个大型的轮胎，周围铺设的管路、线圈等各种辅助设备使整个装置　  多了几分神秘的色彩。

　　而这也仅仅是HL―2A的主体部分，据刘永介绍，HL―2A还有多个辅助系统分布于不同的厂房内。

　　“中国环流器二号A的辅助系统包括5兆瓦电子回旋器加热系统、3兆瓦中性束注入加热系统、高性能计算机与数据处理系统以及30多种50余台套诊断系统等。”刘永补充。

　　而基于HL―2A，我国在核聚变领域也取得了诸多成果。据介绍，HL―2A于2002年建成投入使用；2006年，HL―2A装置等离子体温度达到5500万摄氏度，向聚变所需的亿摄氏度高温迈进了一大步；2009年，HL-2A装置在国内首次实现了偏滤器位形下高约束模式运行，标志着我国已跻身核聚变能源开发国际先进水平。

　　据记者了解，在高密度条件下，等离子体温度一旦达到1亿摄氏度以上，可使数目可观的粒子具有足够动能克服原子核间斥力而实现核聚变反应，产生可观的聚变能。对此，刘永也透露，核西物院将于今年底建成中国环流器二号M装置（HL―2M），届时装置内等离子体温度将超过1亿摄氏度，具备开展堆芯等离子体研究的条件。

　　我国已制定“三步走”

　　核能发展战略

　　那么受控核聚变作为未来能源有何优势？针对这一问题，刘永向记者表示：“核聚变能是人类最理想的能源，其固有安全性较高，产生的放射性废物极少，环境可接受性较为良好。”另外，刘永介绍，核聚变反应的原料也极为充足。由于在所有核聚变反应中，氢的同位素氘和氚的核聚变反应最容易实现，而氘在海水中储量极为丰富，从一升海水中提出的氘，在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300升汽油的能量。　　  我国在上世纪50年代就开始了对核聚变的研究。随后在1965年，核西物院在四川建立，成为了我国最早的聚变研究专业院所，并先后建立了角向箍缩、仿星器、磁镜、反场箍缩等不同类型的装置。

　　上世纪70年代末到80年代初，我国开始对托卡马克型装置上进行了重点研究。1984年，在核西物院建成的中国环流器一号（HL―1）成为我国自主设计建造的第一个聚变大科学工程装置，荣获国家科学技术进步一等奖，标志着我国受控核聚变研究进入大规模物理实验阶段。

　　而在上世纪90年代，我国也制定了热堆、快堆、聚变堆的“三步走”核能发展战略。可以说，为了实现发展战略中的第三步，我国科学家们已投入半个世纪时间去探索研究。

　　当然，研究核聚变的事业并不是一路坦途。“核聚变技术还面临诸多问题等待我们去解决。”在谈及核聚变研究目前的瓶颈时，刘永坦言。

　　“1亿摄氏度以上的高温、长时间约束在有限的空间中、足够高的密度是受控核聚变的三大条件。而在如此高的温度下，物质已经成为等离子体，这是除固体、液体和气体之外的第四种形态，我们对于该形态的认知还有待加强，而如何约束等离子体，也成为核聚变实验的重中之重。另外，还有核聚变装置的材料选择等方面的问题，都需要我们去探索研究。”刘永表示。

高慧君