“四川智慧”破解世界最大科學(xué)合作工程核心部件

人造太陽(yáng)有望2050年點(diǎn)亮你家燈泡

想象著有一天,，當(dāng)?shù)厍蛸Y源面臨枯竭的時(shí)候,，人類是否可以使用“人造太陽(yáng)”來(lái)獲取能源,？

一個(gè)集結(jié)了包括中國(guó)在內(nèi)的30多個(gè)國(guó)家的頂尖科學(xué)家，目前世界上最大的科學(xué)合作工程——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(簡(jiǎn)稱“ITER”)正在有條不紊地進(jìn)行著,。由于項(xiàng)目模擬自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變?cè)?，這個(gè)工程還有一個(gè)更加形象的名字：“人造太陽(yáng)”。

視線轉(zhuǎn)移到成都,，在雙流區(qū)黃荊路5號(hào)——核工業(yè)西南物理研究院,，一個(gè)多達(dá)500人的團(tuán)隊(duì)正在為這個(gè)項(xiàng)目夜以繼日地忙碌著。

去年10月,，由“四川團(tuán)隊(duì)”自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件“第一壁”,，在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證。這是“四川智慧”對(duì)這個(gè)被譽(yù)為人類歷史上偉大事業(yè)之一的項(xiàng)目做出的重大貢獻(xiàn),。

10月20日,，封面新聞-華西都市報(bào)記者走進(jìn)這個(gè)團(tuán)隊(duì)，深度探訪“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目背后的“四川力量”,。

承擔(dān)著為了人類未來(lái)的百年甚至幾百年尋找新型清潔能源的使命,，涉及30多個(gè)國(guó)家，世界上最大的科學(xué)合作工程——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(簡(jiǎn)稱“ITER”)正在多個(gè)國(guó)家進(jìn)行著,。ITER實(shí)驗(yàn)堆建在法國(guó),，建造預(yù)算約55億美元；技術(shù)方面,，中國(guó)將承擔(dān)其中約9%的研發(fā)制造任務(wù)——由核工業(yè)西南物理研究院,、中科院等離子體物理研究所等單位科學(xué)家具體承擔(dān)。其中,，位于成都的核工業(yè)西南物理研究院承擔(dān)了其中約一半部件研發(fā)的重任,。什么是“人造太陽(yáng)”？它將如何解決人類能源的終極問(wèn)題,？請(qǐng)掃碼下載并登錄封面新聞APP,，跟隨鏡頭，一同感受這項(xiàng)偉大的科學(xué)計(jì)劃背后的“四川力量”,。

能量之大

攻關(guān)1億℃高溫 實(shí)現(xiàn)等離子體可控核聚變

萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng),。作為太陽(yáng)系的主星，太陽(yáng)內(nèi)部時(shí)刻不停地發(fā)生著核聚變反應(yīng),，為地球提供了源源不斷的光和熱,。

怎樣才能實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”？科學(xué)家想了一個(gè)辦法,，就是把一團(tuán)上億℃的等離子體火球,，用磁場(chǎng)把它懸浮起來(lái)，跟周邊的任何容器材料不接觸,。這時(shí),，就可以對(duì)它加熱,、控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“受控的核聚變”,，實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”,。

等離子體天性“放蕩不羈”，更喜歡漂泊不定,。如何讓其乖乖“受控”,？在核工業(yè)西南物理研究院，有一個(gè)專門(mén)的裝置來(lái)盛放這一團(tuán)火球,，它就是中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A托卡馬克裝置,。其主體呈甜甜圈狀，邊緣四周延伸出數(shù)十個(gè)“觸角”,，形似一顆顆星星,。裝置內(nèi)部，由無(wú)數(shù)根銅導(dǎo)體線圈產(chǎn)生一個(gè)封閉的磁場(chǎng),，用來(lái)約束分散等離子體的行為,。

如果把試驗(yàn)裝置看成一個(gè)微波爐，核工業(yè)西南物理研究院研究員,、高級(jí)工程師黃梅的工作就是不斷給這個(gè)裝置加溫,。給微波爐加溫的方式有很多種，黃梅的方式是其中一種,，叫“電子回旋波加熱”,。“簡(jiǎn)單的說(shuō),，就是通過(guò)微波注入等離子體,，給微波爐添把火，讓內(nèi)部溫度不斷升高,，從而讓食物更快熟透?！?/p>

目前,，托卡馬克裝置的溫度已升至5500萬(wàn)℃，這是迄今為止國(guó)內(nèi)裝置達(dá)到的最高溫度,?！耙獙?shí)現(xiàn)受控核聚變反應(yīng)，必須達(dá)到上億℃以上高溫,，以及足夠高的密度等,，如果因某種原因?qū)е聴l件不能滿足，聚變反應(yīng)就會(huì)停止,?！睂?duì)于黃梅來(lái)說(shuō),，如何持續(xù)給裝置加溫，達(dá)到“點(diǎn)火”要求,，是他們還將繼續(xù)面臨的一個(gè)課題,。

40萬(wàn)億噸氘 將解決人類能源問(wèn)題

上百人的團(tuán)隊(duì)，圍坐在操作大廳里,。對(duì)著面前兩塊超大屏幕,，觀測(cè)著相關(guān)參數(shù)的變化，眼睛都不敢亂眨,，生怕漏過(guò)任何蛛絲馬跡,。

這種高度緊張的狀態(tài)，工作十年,，鐘武律每年都要經(jīng)歷兩輪,。通常是3月至5月的春季實(shí)驗(yàn)、11月到接近農(nóng)歷新年的冬季實(shí)驗(yàn),。每一次實(shí)驗(yàn),，內(nèi)部人員稱之為“一炮”。每次實(shí)驗(yàn)由于耗電量非常大,，放炮時(shí)間通常1至2秒,。

作為等離子體診斷的“專職醫(yī)生”，鐘武律通過(guò)每一次實(shí)驗(yàn),，發(fā)現(xiàn)等離子在約束過(guò)程的變化,。兩次放炮間隔很短，只有8分鐘,。因此,，他們必須在8分鐘內(nèi)，做出判斷并且調(diào)整相關(guān)參數(shù)的設(shè)置,?！半x子體的變化是非常快的,，達(dá)到微秒或者毫秒級(jí)別,。”因此,，在行業(yè)里有句話,，做等離子的分析和物理實(shí)驗(yàn)，沒(méi)干夠5年,，根本摸不著邊,。類似鐘武律這樣的工作，還有更龐雜的分工。

如此繁復(fù),、浩瀚,，為什么要啟動(dòng)“人造太陽(yáng)”計(jì)劃？在業(yè)內(nèi)人士看來(lái),，核能包含兩種方式：核裂變和核聚變,。原子彈就是利用的核裂變的原理；氫彈,、太陽(yáng)則是核聚變的原理,。人造太陽(yáng)項(xiàng)目，也就是“受控?zé)岷司圩兡茉础?，由于其固有的安全性,、無(wú)污染的優(yōu)越性、燃料資源豐富等特點(diǎn),，被認(rèn)為是人類最理想的潔凈能源,。

核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所副所長(zhǎng)許敏進(jìn)一步解釋說(shuō)，最容易實(shí)現(xiàn)的核聚變能源來(lái)自氫的同位素,，氘和氚的劇烈反應(yīng),。一公升海水里提取出的氘，完全聚變反應(yīng)可釋放相當(dāng)于燃燒300升汽油的能量,?？茖W(xué)家初步估計(jì)，地球上的海水中蘊(yùn)藏了大約40萬(wàn)億噸氘,。另一方面,，它的環(huán)境可接受性比較好，因?yàn)榫圩兎磻?yīng),，產(chǎn)物是氦,，其本身不具有放射性。在科學(xué)家們看來(lái),，核聚變一直以來(lái)被人們視為解決未來(lái)能源問(wèn)題的希望,。

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創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型

到2020年科技進(jìn)步對(duì)四川經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率達(dá)60%

殲10、C919,、翼龍無(wú)人機(jī)等大批舉世矚目的成就,，都來(lái)自于“四川造”?！氨倍贰毙l(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、三代核電技術(shù)等一批重大關(guān)鍵共性技術(shù)取得突破,，電子信息,、航空航天、核技術(shù)等領(lǐng)跑全國(guó)。參與的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃取得積極進(jìn)展,，納米膜層制備,、復(fù)合材料工藝集成等關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平……以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，四川正全力打造經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎,，新動(dòng)力,。

今年初出臺(tái)的《四川省“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出，到2020年,，我省科技實(shí)力和創(chuàng)新能力大幅躍升,，全面創(chuàng)新改革試驗(yàn)取得重要階段成果，科技體制改革取得重大突破,，大眾創(chuàng)業(yè),、萬(wàn)眾創(chuàng)新蓬勃開(kāi)展，全省總體進(jìn)入創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展階段,，創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)格局初步形成,，加快建成國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展先行省和創(chuàng)新型四川。到“十三五”末,，全社會(huì)研發(fā)經(jīng)費(fèi)支持占地區(qū)生產(chǎn)總值比例將達(dá)2.0%,；規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)研發(fā)投入占主營(yíng)業(yè)務(wù)收入比例提高到0.8%；每萬(wàn)人發(fā)明專利擁有量7.5件,；每萬(wàn)名就業(yè)人員中R&D(研究與開(kāi)發(fā))人員數(shù)達(dá)32人年/萬(wàn)人,；技術(shù)市場(chǎng)交易額達(dá)400億元；具備基本科學(xué)素養(yǎng)的公民比例達(dá)8%,；高新技術(shù)企業(yè)達(dá)5000家,，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值規(guī)模超2萬(wàn)億元，其中工業(yè)總產(chǎn)值占規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值比重超30%,；科技進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率達(dá)60%,。

什么是人造太陽(yáng)？

把一團(tuán)上億℃高溫的等離子體火球,，用磁場(chǎng)懸浮起來(lái),，跟周邊的任何容器材料不接觸。再對(duì)它加熱,、控制,，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“受控的核聚變”，從而實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”,。

核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所副所長(zhǎng)許敏：

研究“人造太陽(yáng)”的過(guò)程中,，會(huì)產(chǎn)生大量的前沿尖端技術(shù)，期待燈泡被核聚變點(diǎn)亮,。

“人造太陽(yáng)”核心部件中方項(xiàng)目總工程師王平懷：

及時(shí)傳走熱量需要一種特殊的結(jié)構(gòu),，僅僅是攻克的兩種材料連接工藝，項(xiàng)目組提交了多達(dá)十幾項(xiàng)國(guó)家專利申請(qǐng)。

核工業(yè)西南物理研究院研究員,、高級(jí)工程師黃梅：

等離子體天性“放蕩不羈”,，中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A托卡馬克裝置專門(mén)用來(lái)約束分散等離子體的行為。

等離子體診斷“專職醫(yī)生”鐘武律：

離子體的變化達(dá)到微秒或者毫秒級(jí)別,，必須在實(shí)驗(yàn)間隔的8分鐘內(nèi),，做出判斷并且調(diào)整相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

表情之變

冷靜,、堅(jiān)毅,，不茍言笑?！叭嗽焯?yáng)”核心部件“第一壁”的中方項(xiàng)目總工程師王平懷,，有著一張標(biāo)準(zhǔn)的“科學(xué)臉”，亦或是“工科男”面孔,。任何的外界喧囂,，很難在他臉上驚起太大的波瀾。開(kāi)口說(shuō)話時(shí),，那種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)綐O致的風(fēng)格,，讓急于在談話中尋找爆點(diǎn)的傾聽(tīng)者，忍不住抓狂,。只有當(dāng)提到“第一壁”時(shí),，他的表情才會(huì)像解凍的春水，慢慢舒展,，臉上流露出無(wú)法掩飾的喜悅,，一圈圈地蕩漾開(kāi)來(lái)。去年12月,，由王平懷團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件“第一壁”,，在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證。讓中國(guó)落后于美國(guó)20年的技術(shù),，一躍從“跟跑”實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑”,。