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      全國政協委員段旭如:積極搶占聚變能研發制高點,讓科幻變為現實

      發布時間:2023-03-22 信息來源:

        

        今年年初,電影《流浪地球2》火爆全網,影片中關于核聚變的大膽設想和震撼畫面,讓更多的人將目光聚焦到核聚變能源上。

        毋庸置疑,能源是人類實現可持續發展的關鍵因素之一。而現有的能源形式當中,無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。

        全國政協委員、中核集團核聚變堆技術領域首席專家段旭如指出,相比于現階段人們使用的石化、風電等能源,可控核聚變發電具有諸多優勢,首先是燃料豐富,地球儲備的石化能源遲早有一天會枯竭,而核聚變的燃料“氘”可以直接從海水當中提取,資源十分豐富。其次是核聚變可以實現無碳排放,也不會產生長壽命的放射性產物,對環境十分友好。第三是可控核聚變發電的原動機和火電等形式的類似,都是“燒開水”的模式,那就意味著可以在一定空間范圍內實現大功率電能的穩定輸出,不受地域、氣候等外界因素的影響。

        他進一步表示:核聚變能是目前認識到的最終解決人類能源問題的重要途徑。

        正是這些“無限接近完美”的優勢,深耕核聚變領域多年的段旭如幾年來多次提案呼吁應加強加快核聚變研發,并在去年兩會期間談到,預計到2050年左右,也就是建國一百年之際,人類可使用上核聚變能源。今年兩會期間,他再一次建議:加強頂層統籌設計,加快解決短板問題,加速推進核聚變能開發全面邁入工程技術的研發與驗證階段,積極搶占聚變能研發制高點,讓科幻變為現實。

        國際核聚變研發屢獲突破

        2022年12月,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置實現了聚變輸出能量大于激光輸入能量,聚變反應的能量增益(Q)大于1。該消息一度引發網友熱議:這是否意味著將改變核聚變研發軌跡,或是提速商運進程?

        暫且不回答上述問題,先來看看國際核聚變研發現狀。事實上,在國際核聚變研發賽道上,早已打響“奔跑”發令槍,各國及相關組織方積極推進這一顛覆性技術的研發。隨著國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃的啟動已走向發展聚變堆核工程技術的工程階段,各國研發不斷提速,且屢獲突破,如2021年世界最大的在運磁約束聚變研究裝置━歐洲聯合環實現了59兆焦耳聚變能量輸出,以及上述的美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室實驗突破。

        與此同時,世界多國正在積極籌劃自主設計建造核聚變堆,希望通過開展大規模核聚變反應堆的工程設施設計、建造,能在未來核聚變能的商業開發和應用中獲得主導權。

        對此,段旭如表示,近年來國際聚變研究屢獲突破,令人鼓舞。針對美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室所取得的成果,他表示,人類對于可控核聚變的主流技術路線之一是磁約束核聚變,也是參與國家更多、研究更廣泛的技術路線,如多國合作的“國際熱核聚變實驗堆(ITER)”計劃、國內熟知的“新一代‘人造太陽’(HL-2M)”等都屬于磁約束聚變托卡馬克裝置。

        而此次美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室裝置屬于慣性約束聚變裝置,是利用激光作為驅動源的。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,實現Q大于1的能量產出必然是聚變研究具有標志的節點,意味著在工程上對可控核聚變的掌握已經取得了不小的進步,這也給從事聚變科學研究的科研人員帶來了鼓舞。

        但是,根據公布的數據,從實際運行角度來看,相對于磁約束核聚變來說,要實現慣性約束聚變反應的商業進程還有很長的路要走。

        全力奔赴在“我們負責實現”的聚變之路上

        今年年初《流浪地球2》上映,中核集團發文:“你們盡管想象,我們負責實現”,迅速火遍全網,網友表示,這是科技與科幻的雙向奔赴,是夢幻聯動。

        對此,段旭如表示,“這充分展現了中核集團作為央企的責任擔當與科技實力的自信。我們的科學家正奔赴在‘我們負責實現’的聚變之路上,全力尋找‘終極’能源之秘鑰,且向世界展現了核聚變研發中的中國力量?!?/p>

        作為我國核能發展“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰略的最后一步,大力開展可控核聚變技術攻關已作為低碳前沿技術納入《中共中央、國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》。

        段旭如表示,在我國政府大力支持和科研人員的努力下,我國核聚變技術研究已從跟跑大步跨越到并跑,部分技術甚至實現領跑,2022年新一代“人造太陽”(HL-2M)突破100萬安培,創造了國內等離子體運行新紀錄。

        與此同時,積極參與ITER國際合作項目,段旭如表示,通過多年探索與攻關,我國在一些聚變堆關鍵技術與關鍵材料等方面已經擁有國際先進的研發或生產能力,在服務ITER計劃的同時,也帶動了這些領域及相關行業的技術升級,為推動ITER發展持續貢獻中國智慧和中國力量。

        2008年以來,我國陸續承擔的18個關鍵部件研制項目的制造任務,貢獻比例約占9%,其中70%以上以實物貢獻方式(即研發制造ITER裝置部件),涵蓋了ITER裝置的關鍵部件,由上百家科研院所、企業承擔。在ITER關鍵部件研制項目研發制造過程中,取得了重大突破,解決了一系列聚變工程關鍵技術。以ITER第一壁關鍵部件研制項目半原型部件為例,我國2016年成功通過了高熱負荷試驗認證,在世界范圍內率先實現了該類部件的高熱負荷測試,相關技術被ITER國際組織推薦應用到ITER偏濾器上。

        2019年,中核集團中國核電工程有限公司牽頭的中法聯合體,與ITER組織簽署了TAC1項目工程總承包合同,這是有史以來中國企業在歐洲市場中競標的最大核能工程項目合同,該合同的簽訂標志著我國核聚變技術與人才積累、核電建設能力以及國際影響力獲得國際聚變界認可。TAC1安裝標段工程是ITER裝置最重要的核心設備安裝工程,其重要性相當于核電站的反應堆、人體里的心臟。

        2022年,ITER增強熱負荷第一壁完成首件制造,其核心指標優于設計要求,具備了批量制造條件。這是我國在可控核聚變領域的重大突破,標志著中國全面突破“ITER增強熱負荷第一壁”關鍵技術,實現該項核心科技持續領跑,有力提升了我國在該領域的話語權。

        段旭如表示:“我國按時、高標準、高質量交付了有關任務,關鍵部件研制項目完成質量與進度均走在ITER七方前列,有力推動了項目實施,得到參與各方充分肯定?!?/p>

        建議:加強頂層設計與統籌,優勢互補,協同攻關聚變堆核心關鍵技術

        一系列的成績令人鼓舞。為加快推進聚變能開發進程,早日實現聚變能技術高水平自立自強、助推“雙碳”目標的實現、促進能源新體系構建和保障國家能源安全,段旭如表示,應充分發揮我國現有核科技工業體系的作用,強化頂層設計和統籌,有目的有原則引導并調動核工程等相關優勢單位積極參與核聚變能開發,有組織有分工地促進相關單位優勢互補,協同攻關聚變堆核心關鍵技術,逐步完善我國聚變能源技術研發工業體系,推進核聚變能研發高質量發展。

        他建議:強化頂層設計和統籌,通過加強政策、資金、平臺等穩定支持,一方面持續強化聚變技術研究,力爭盡早全面實現技術領跑;另一方面發揮新型舉國體制優勢,依托我國完整的核科技工業體系和豐富的核工程經驗的優勢,強化聚變核工程研究,以核聚變領域的專業院所為核心,充分調動核工程單位、業主單位、制造商、監管部門等各方積極參與,逐步完善聚變能的技術開發體系和工業體系,借鑒和吸納核電工程設計、建造、運行、項目管理先進經驗,加快解決短板與卡脖子問題,加速推進核聚變能開發全面邁入工程技術的研發與驗證階段,積極搶占聚變能研發制高點。(胡春玫)

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