新華社倫敦/巴黎5月1日電 特稿｜多國(guó)數(shù)十年共建“人造太陽(yáng)”達(dá)成重要里程碑
新華社記者郭爽 羅毓
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）組織官網(wǎng)4月30日宣布，經(jīng)過(guò)數(shù)十年努力，這一由30多個(gè)國(guó)家參與建造的“人造太陽(yáng)”已完成其“電磁心臟”——世界最大、最強(qiáng)的脈沖超導(dǎo)電磁體系統(tǒng)的全部組件建造。該成果被ITER稱為“里程碑式的成就”，標(biāo)志著人類(lèi)向?qū)崿F(xiàn)可控核聚變能源邁出關(guān)鍵一步。
探索可控核聚變
ITER是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的托卡馬克裝置，旨在模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的核聚變過(guò)程，探索可控核聚變技術(shù)商業(yè)化可行性，由歐盟、中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、印度和俄羅斯等共同資助。
其聚變?cè)硎菍渫凰亟Y(jié)合形成氦，并在過(guò)程中釋放出巨大能量——這與太陽(yáng)的能量來(lái)源相同。與目前的核能發(fā)電不同，聚變不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期的放射性廢物，而且使用的燃料在海水中含量豐富。
ITER組織發(fā)言人拉班·科布倫茨向新華社記者介紹，該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將首先把2至3克氘氚混合氣體注入托卡馬克環(huán)形腔室，然后通電流，形成等離子體，再用磁體構(gòu)建“無(wú)形的磁籠”加以控制。此后，外部加熱系統(tǒng)將等離子體溫度升高到1.5億攝氏度，粒子高速運(yùn)動(dòng)克服電荷斥力，發(fā)生聚變，釋放巨大能量。
在全面運(yùn)行時(shí)，ITER預(yù)計(jì)僅需輸入50兆瓦的加熱功率，即可產(chǎn)生500兆瓦的聚變功率，十倍能量增益將證明聚變作為能源的可行性。
新建成的脈沖磁體系統(tǒng)是托卡馬克裝置的“電磁心臟”。ITER組織總干事彼得羅·巴拉巴斯基說(shuō)：“這非常重要，因?yàn)樵诰圩冄b置，尤其是磁約束聚變中，最重要的部件就是磁體本身。”
這一磁體系統(tǒng)由中心螺線管和六個(gè)環(huán)形極向場(chǎng)磁體協(xié)同工作。中心螺線管是一塊總高18米，直徑4.25米的圓柱形磁體，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)13特斯拉，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的28萬(wàn)倍，強(qiáng)大到足以舉起一艘航空母艦，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可承受的力相當(dāng)于航天飛機(jī)發(fā)射推力的兩倍。環(huán)形極向場(chǎng)磁體是直徑9至25米的超導(dǎo)磁環(huán)，中國(guó)參與制造。完整組裝后的脈沖磁體系統(tǒng)重量將接近3000噸。
“這非常了不起，我們正處于組裝階段，進(jìn)展非常順利。”巴拉巴斯基說(shuō)。
全球合作樹(shù)立典范
巴拉巴斯基接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)：“ITER的獨(dú)特之處不僅在于其技術(shù)的復(fù)雜性，還在于其在政治變局中得以維持的國(guó)際合作框架，其超越地緣政治取得的成就尤其引人注目。”
作為全球最大、最復(fù)雜的科技合作項(xiàng)目之一，位于法國(guó)南部的ITER已被廣泛視為國(guó)際合作共同應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)的典范。從1985年倡議提出、2006年條約簽署，到2007年裝置建造開(kāi)始、2010年場(chǎng)地建設(shè)開(kāi)工、2020年重大工程安裝啟動(dòng)，該計(jì)劃參與方并肩攜手，奮力前行。該項(xiàng)目由歐盟、中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、印度和俄羅斯等持續(xù)合作，數(shù)千名科學(xué)家和工程師在三大洲數(shù)百家工廠共同為之努力。磁體制造所需超導(dǎo)線材超過(guò)10萬(wàn)公里，由6個(gè)國(guó)家的9家工廠生產(chǎn)。
其中，ITER磁體饋線系統(tǒng)由中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所研制，被稱為ITER磁體系統(tǒng)的“生命線”。作為ITER中國(guó)工作組重要單位之一，等離子體物理研究所承擔(dān)了超導(dǎo)體、校正場(chǎng)線圈、磁體饋線、電源、診斷等眾多采購(gòu)包，占中國(guó)承擔(dān)ITER采購(gòu)包任務(wù)的大部分。
根據(jù)協(xié)議，成員國(guó)以建造和供應(yīng)部件的形式承擔(dān)ITER建設(shè)的大部分成本。這意味著每個(gè)成員國(guó)的融資主要用于其自身公司，用于研發(fā)生產(chǎn)ITER極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)部件。在此過(guò)程中，這些公司也推動(dòng)創(chuàng)新并積累專業(yè)知識(shí)，從而構(gòu)建全球聚變供應(yīng)鏈。所有成員國(guó)均可獲得100%的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
商業(yè)化前景可期
“現(xiàn)在是聚變領(lǐng)域最激動(dòng)人心的時(shí)期。”英國(guó)伯明翰大學(xué)核聚變能源講席教授阿倫·巴塔查里亞接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)，“最重要的是，這不僅僅是一兩個(gè)人、一兩個(gè)國(guó)家在做，而是全球都在朝這個(gè)方向努力，真的令人振奮。”
過(guò)去5年，私營(yíng)企業(yè)對(duì)聚變能源研發(fā)投資激增。2023年11月，ITER理事會(huì)認(rèn)識(shí)到這一趨勢(shì)帶來(lái)的價(jià)值和機(jī)遇，鼓勵(lì)I(lǐng)TER組織成員國(guó)的國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)積極與私營(yíng)部門(mén)合作，轉(zhuǎn)移ITER積累的知識(shí)，以加速核聚變實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。2024年，ITER啟動(dòng)了與私營(yíng)部門(mén)的知識(shí)共享和研發(fā)合作項(xiàng)目，今年4月還舉辦了公私合作研討會(huì)，推動(dòng)聚變技術(shù)創(chuàng)新。
不過(guò)，巴拉巴斯基告訴新華社記者，目前關(guān)于聚變能源商業(yè)化的預(yù)測(cè)存在很大差異。在最近舉行的研討會(huì)上，30家私營(yíng)企業(yè)代表給出的時(shí)間從2028年到2040年不等，甚至更久。差異源于技術(shù)路徑不同，而每種方法都需解決基礎(chǔ)工程問(wèn)題，因此商業(yè)化時(shí)間難以精確預(yù)測(cè)。