11月12日,中国科学院等离子体宣布,我国大科学装置“人造太阳”取得重大突破,实现加热功率超过10兆瓦,等离子储能增加到300千焦,等离子体中体电子温度首次达到1亿度,其试验获得的参数接近未来聚变堆稳定态运行模式所需要的物理条件,为未来聚变堆实验运行迈出关键一步。
一、“人造太阳”取得快速发展
“人造太阳”全程为“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”,是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,七个成员包括欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国。ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能,从根本上解决能源问题的进程。在全世界都对人类能源、环境、资源前景等问题予以高度关注的今天,各国保持协商、合作的精神,搁置诸多的矛盾和利害冲突,最终达成各方都能接受的协议,并开始合力建设世界上第一座聚变实验堆。
2003年1月国务院批准我国参加ITER计划谈判,2006年5月,中国ITER谈判联合小组与其他成员共同草签ITER计划协定。2013年1月5日“人造太阳”实验装置辅助加热工程的中性束注入系统在综合测试平台上成功实现100秒长脉冲氢中性束引出。2018年11月12日,“人造太阳”首次达到1亿度。该实验实现了高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式,获得的归一化参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,为正在进行的中国聚变工程实验堆(CFETR)工程和物理设计提供了重要的实验依据与科学支持。
二、我国参与ITER计划意义巨大
聚变堆相比于裂变堆有诸多优势。一是地球上蕴藏的核聚变能比核裂变能丰富得多,可以满足全球长远的能源需求;二是聚变堆不会产生放射性物质,同时聚变堆可以在稀薄气体中稳定运行,更加清洁和安全。
我国参加ITER计划是基于能源长远的基本需求。我国是一个持续高速发展的发展中大国,能源问题日益突出,长期以来对有可能彻底解决能源问题的核聚变能研究作了力所能及的安排。我国政府参加ITER计划国际协商,显示了我国作为一个发展中大国对我国和对人类未来负责任的态度,以及对打开国门积极参加国际科技合作的决心。
作为ITER计划成员国,我国通过全面参与该项目,掌握设计、制造的关键技术,分享研究成果,同时加强国内磁约束聚变研究基地建设,积极储备人才,开展示范堆战略研究和示范堆关键技术预研,在条件成熟时,可独立发展我国的磁约束核聚变能源
三、未来发展方向
目前,国际聚变界共同的看法是,托卡马克是目前约束高温等离子体的领先概念,提高聚变堆的经济性和验证其工程可行性是聚变能源商用前必须解决的关键问题,也是当前和今后一段时期国际聚变研究的热点及前沿课题。更大规模的托卡马克装置有可能获得更接近聚变条件的等离子体,除了等离子体指标,计划还涉及大型超导磁体、等离子体加热、电流驱动、涉氚技术等一系列聚变堆工程技术问题。ITER为扩大装置规模、解决核聚变能源研究与开发中实验、工程及经济性等重大问题应运而生。如果ITER装置如期建成,示范聚变堆有望在2040年前投入使用,在2050年前后聚变电站实现商用。