“人造太陽(yáng)”離圓夢(mèng)又近一步——揭秘中國(guó)可控核聚變

　　當(dāng)世界的可控核聚變研究如火如荼時(shí)，中國(guó)“人造太陽(yáng)”的建設(shè)也沒有掉隊(duì)。早在1955年，錢三強(qiáng)和剛留美歸來的李正武等科學(xué)家便提議開展中國(guó)的“可控?zé)岷朔磻?yīng)”研究，這與國(guó)際社會(huì)關(guān)注核聚變幾乎同步。

　　1965年，根據(jù)國(guó)家“三線”建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃，在四川省樂山市郊區(qū)，建立了當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的核聚變研究基地——西南物理研究所，這也是中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院（以下簡(jiǎn)稱“核西物院”）的前身。

　　而中國(guó)核聚變研究史上的重要里程碑，當(dāng)屬1984年中國(guó)環(huán)流器一號(hào)（HL－1）的建成。這是中國(guó)核聚變領(lǐng)域的第一座大科學(xué)裝置，它為中國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行“人造太陽(yáng)”培養(yǎng)了大批人才，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

　　上世紀(jì)80年代，作家莫然曾造訪位于108級(jí)石梯之高的荒山上的研究所。據(jù)她回憶，剛搬遷至樂山時(shí)，所里條件簡(jiǎn)陋，可謂一貧如洗。研究者缺乏住所，甚至只能睡在帳篷里。但中國(guó)可控核聚變研究的“搖籃”恰恰是誕生在這樣艱苦的環(huán)境中，這離不開研究者開荒拓土、篳路藍(lán)縷之功。正如莫然所說：“盡管研究所的房間就像山洞一樣，但我們的科學(xué)家具有舍己的奉獻(xiàn)精神，就在那樣的環(huán)境中，他們制造出了‘中國(guó)環(huán)流器一號(hào)’，光設(shè)計(jì)圖紙就有3層樓那樣高。”

　　從此，中國(guó)磁約束聚變一步步從無到有，從小到大，從弱到強(qiáng)。1995年中國(guó)第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7在合肥建成；2002年中國(guó)建成第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國(guó)環(huán)流器二號(hào) A（HL－2A）；2006年，世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）首次等離子體放電成功……

　　而預(yù)計(jì)2020年投入運(yùn)行的“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M”裝置將成為中國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的磁約束可控核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，其等離子體體積為中國(guó)現(xiàn)有裝置的2倍以上，離子溫度將達(dá)到1億攝氏度以上，可將電流從中國(guó)現(xiàn)有裝置的1兆安培提高到3兆安培。

　　作為一個(gè)歷經(jīng)多年研制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M精細(xì)的部件工藝很多都是前無古人的創(chuàng)造。就像在裝置設(shè)備“真空室”中，許多細(xì)小的誤差是現(xiàn)有檢測(cè)儀器所無法感知的，很多時(shí)候甚至需要自主開發(fā)新的檢驗(yàn)設(shè)備，因?yàn)檫B塵埃般大小的缺陷都會(huì)影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　為了保障中心柱這個(gè)高約2層樓、重約80噸的裝置設(shè)備在移動(dòng)過程中不受磕碰，且安裝精度不超過0.1毫米偏差，二號(hào)M裝置線圈團(tuán)隊(duì)在1個(gè)月內(nèi)做了十幾種方案，短短2分鐘的路程，研究團(tuán)隊(duì)最終耗費(fèi)了近9個(gè)小時(shí)才成功完成搬運(yùn)。“移動(dòng)中，大家像呵護(hù)寶貝一樣。”項(xiàng)目線圈組負(fù)責(zé)人劉曉龍說，“還不錯(cuò)，我們成功了。”

　　“既然把任務(wù)交給我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)了，我們就有義務(wù)把事情做好，給中核集團(tuán)、給核工業(yè)乃至國(guó)家一個(gè)交代。”中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置項(xiàng)目經(jīng)理劉永的話擲地有聲。

　　走向國(guó)際的中國(guó)團(tuán)隊(duì)

　　可控核聚變研究非常困難，難到什么程度？鐘武律給我們做了一個(gè)比較：“世界上第一顆原子彈爆炸以后，不到十年核裂變就實(shí)現(xiàn)了和平利用，建成了核電站�？茖W(xué)家們想，氫彈成功以后，應(yīng)該也用不了多長(zhǎng)時(shí)間就能夠?qū)崿F(xiàn)核聚變的和平利用，實(shí)現(xiàn)可控核聚變。但后來的研究發(fā)現(xiàn)，并沒有那么簡(jiǎn)單，它需要全世界的科學(xué)家一起來努力完成。”

　　于是就有了2006年國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃的簽署。由中國(guó)、美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本、韓國(guó)和印度七方參與，計(jì)劃在法國(guó)南部普羅旺斯地區(qū)共同建造一個(gè)世界上最大的托卡馬克裝置。ITER是目前全球影響最深遠(yuǎn)且最大的國(guó)際合作項(xiàng)目之一，也是中國(guó)以平等身份參加的最大國(guó)際科技合作項(xiàng)目。其中，中國(guó)承擔(dān)了大概9%的采購(gòu)包研發(fā)任務(wù)。

　　“我國(guó)這些年磁約束聚變研究進(jìn)展得益于參加ITER計(jì)劃。”段旭如說，比如中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M在設(shè)計(jì)建造過程中，通過與國(guó)際上現(xiàn)有托卡馬克裝置的交流學(xué)習(xí)，吸取了許多設(shè)計(jì)建造與運(yùn)行托卡馬克的成功經(jīng)驗(yàn)。

　　鐘武律還舉了核西物院研發(fā)ITER第一壁采購(gòu)包半原型部件的例子。“這是中國(guó)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的一份高難度任務(wù)。當(dāng)時(shí)世界上滿足ITER第一壁特殊材料要求的只有美國(guó)。我院的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)有關(guān)單位通過十多年的努力，不僅在特殊材料的制備上，而且在焊接工藝等多項(xiàng)技術(shù)上取得了突破，2016年成功研制的ITER超熱負(fù)荷第一壁半原型部件在國(guó)際上率先通過認(rèn)證，也讓中國(guó)在這個(gè)技術(shù)上達(dá)到世界先進(jìn)水平。”鐘武律說，“目前中國(guó)承擔(dān)的ITER采購(gòu)包，不管是在研發(fā)進(jìn)度還是在完成質(zhì)量方面，都處于七方的前列。在國(guó)際聚變舞臺(tái)上，中國(guó)有了更大的話語(yǔ)權(quán)。”

　　對(duì)中國(guó)可控核聚變實(shí)力的認(rèn)可，還在不斷升級(jí)。2019年9月30日，ITER主機(jī)安裝一號(hào)合同在北京簽約，由中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體中標(biāo)該工程。這個(gè)工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設(shè)備，其重要性相當(dāng)于核電站的反應(yīng)堆、人體里的心臟。這是有史以來中國(guó)企業(yè)在歐洲市場(chǎng)中標(biāo)的最大核能工程項(xiàng)目合同。

　　ITER組織總干事比戈說：“我們很高興找到了高素質(zhì)的積極的合作伙伴來完成這項(xiàng)工作。我們期待著與世界知名的行業(yè)專家合作，按時(shí)、按規(guī)格安裝世界上最具挑戰(zhàn)性、最有前途和最重要的科學(xué)設(shè)備之一。”

　　“通過國(guó)際競(jìng)標(biāo)拿到了ITER項(xiàng)目最核心部分的安裝工程，證明我們的團(tuán)隊(duì)在世界上是領(lǐng)先的。”中核集團(tuán)董事長(zhǎng)余劍鋒豪情滿懷地總結(jié)道，“這也標(biāo)志著我們國(guó)家在核電事業(yè)，在核能工程的建設(shè)安裝方面，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。”