突破核聚变技术：人造太阳核心部件首获国际认证

央视新闻:核聚变核能是一种全新的能源形式，有望在未来彻底解决人类能源问题。为此，包括中国在内的7个国家的30多个国家启动了国际热核聚变实验堆计划，这是世界上最大的科学合作项目。近年来，由我国自主研发制造的国际热核聚变堆芯组件已率先通过权威机构的国际认证。这是我国对国际热核聚变项目的主要贡献。

上图是中国研究人员12年来成功开发的一种全新材料。不久，它将被派往欧洲参与国际热核聚变实验堆的建设。这个项目还有一个更生动的名字:人造太阳。这种材料将形成人造太阳的核心结构。

ITER是世界上最大和最有影响力的国际科研合作项目之一。目的是实现可控核聚变反应。计划于2019年在法国建造一个实验性反应堆。由于热核聚变实验反应堆产生能量的原理与太阳发光发热的原理相似，所以它有“人造太阳”的美称。要建造“人造太阳”的核心，需要特殊的材料来建造“防火墙”，以抵御设备内部数亿度的高温环境。

在整个国际热核聚变实验堆项目中，许多国家都在开发这种高温堆芯材料，而中国科学家则致力于开发这种位于堆芯、直接面对高温聚变材料的材料，从而成为反应堆的“第一堵墙”。ITER的设计要求第一面墙能够承受每平方米4.7兆瓦的热量，这几乎可以瞬间熔化一公斤的钢。

陈继铭，西南物理研究所核聚变反应堆和材料研究室主任，核工业:实际上，ITER的专家并不确定它是否能承受每平方米4.7兆瓦的热量。通过我们自己的零部件研发，我们成为了世界上第一个通过高热负荷测试认证的公司，或者说我们率先获得了生产许可证。所以这是对ITER的巨大贡献。

西南核工业物理研究所副所长段旭如:第一堵墙是ITER的核心组成部分。中国对这些技术的掌握将极大地促进我们未来自主建造自己的(热核)聚变反应堆。

核聚变:人类未来能源问题的希望

核聚变是核能的重要形式之一。有人甚至说，如果掌握了核聚变技术，人类将不再需要争夺能源和进行战争，这对人类发展将产生深远的影响。这是什么样的能量？

核能是通过核反应从原子核释放的能量。目前，我们普通的核电站都使用这种能源。然而，目前核电站主要是将较重的原子分裂成较轻的原子来释放能量，这一反应过程被称为核裂变。目前处于研究阶段的核聚变正好相反。

西南核工业物理研究所副所长段旭如:核聚变是将较轻元素的原子聚合成较重元素的原子，同时释放能量。

事实上，这样的核反应离我们并不远。每天太阳照在地球上，它的光和热来自自身内部缓慢而持久的核聚变。因此，在人工控制下实现稳定核聚变的设施自然被称为“人造太阳”与普通能源相比，核聚变具有明显的优势。首先，燃料的来源非常丰富。

西南核工业物理研究所副所长段旭如说，核聚变主要是由氢同位素和氘氚的剧烈反应提供动力。一升海水中的氘，如果完全熔化，将产生相当于燃烧300升汽油所产生的能量。另一方面，它的环境可接受性相对较好，因为聚变反应产生氦，而氦本身没有放射性。

能源是巨大的、安全的和环保的。核聚变长期以来被认为是解决未来能源问题的希望。早在1952年，人类就实现了人工核聚变，但就是这样。

氢弹的巨大能量来自核材料的强烈聚变反应，但这种瞬间释放只会带来毁灭性的影响。在第一颗氢弹爆炸后的64年里，如何在人类的控制下缓慢有序地释放这种能量是人类一直试图攻克的课题。

西南核工业物理研究所副所长段旭如:在研究过程中，发现仍有许多挑战没有解决。以一个国家的力量来克服它们仍然是困难的。

为此，1985年，国际社会开始建议许多国家合作开发受控核聚变反应堆。这是后来的ITER项目。2006年，包括中国在内的7个国家和地区签署协议，国际热核聚变实验堆项目正式启动。这也是中国参与的最大的国际科学合作项目。专家表示，随着ITER项目的推进和各国独立开展的核聚变项目的研究，人类有望在未来50年让这一巨大、清洁、安全的能源进入千家万户。

中国智慧为“太阳”高温带来新材料

自2006年以来，中国正式参与国际热核聚变实验堆项目，承担了10%的任务。这次通过认证的反应堆核心材料可以说是最困难的技术突破之一。在整个项目中，中国的科技投入和中国研究人员的智慧为项目的推进做出了重要贡献。

2006年，中国正式加入国际热核聚变试验堆项目，并接受了热核聚变反应堆核心部件的开发工作。反应堆中的聚变材料一直在释放高强度的热辐射。如果这些材料性能不佳，它们要么会立即被高温熔化，要么会熄灭反应堆的锅炉。为此，研究人员想出了一种特殊的结构来及时转移热量。

这种三明治状的材料底部是不锈钢，中间是铜合金，顶部是特殊的高纯度铍。铍被放置在反应堆中，直接面对高温聚变材料。如果不与铜合金紧密结合，就不能达到隔热和保护的效果。外国专家试图通过普通焊接来解决这个问题，但试验失败了。然而，中国研究人员提出了一个全新的方法。

西南核工业物理研究所第一个墙体生产车间主任柏杨:把它放在真空包装里，放在热等静压机里。然后注入氩气并持续加压和加热。这些材料将在这样的高温高压下结合。

柏杨和他的同事提出的方法类似于将材料放入高压锅，通过压力和温度将两种材料一起燃烧。从理论上讲，这是可行的，但在实践中，压力有多大、温度有多高、材料能有多完美，都需要反复测试。反复的攻击让研究小组感到沮丧和失望，但是没有人提出放弃。

西南物理研究所核工业第一墙体生产车间主任柏杨:我们没有时间绝望，但我们只是认为它有问题。这个过程已经得到控制，我们相信它一定会成功。

经过三年的艰苦研究，研究人员终于生产出了完全合格的产品。在国外机构的测试中，该工艺生产的材料经历了7500次高低温循环，甚至有一次通过了高于检测标准的热试验。这些成就让柏杨和他的同事们感受到了整个合作项目的变化。

西南物理研究所核工业第一墙体生产车间主任柏杨:当我们以前和别人交谈时，我们想看看别人有什么成功的经验。现在，反过来，许多外国同事问我们你在哪里做得好。

陈继铭，核工业西南物理研究所聚变堆与材料研究室主任:在ITER之初，我们落后外国20年。到2010年左右，我们已经赶上了他们，并与他们携手并进。到目前为止，我们已经率先通过了国际认证。这一事实证明，我们确实已经开始在某些方面领先。

神秘的圆圈-中国循环器2

在参与国际合作共同开发核聚变装置的同时，中国自主核聚变研究正在加速进行，一批世界级的核聚变试验装置已经建成。我们的记者也参观了其中一个。中国环行器2A实验装置在核聚变的几项关键技术的实验中已经取得了国际上显著的成果。

这个巨大的装置被称为中国循环器二号托卡马克装置。它相当于未来核聚变反应堆的原型，它的许多技术标志着中国的核聚变研究已经达到世界领先水平。

核聚变需要将核燃料加热到上亿度的高度。这个温度足以让地球上的任何物质瞬间蒸发，所以如何容纳这些物质就成了一个问题。科学家们想用磁场来束缚这些物质，让它们顺从地在环形空间中飞行，而不接触这些物质。因此，一种新的反应堆堆芯结构诞生了。

西南核工业物理研究所聚变科学研究所副所长徐岷:托卡马克，它的意思是有线圈和磁场的环形真空室。简单地说，它就像一个轮胎真空室。

因为它仍然是一个测试设备，这个中国循环器2a只能将内部温度加热到5500万度，但这已经是太阳核心温度的几倍。为了照亮人造小太阳，工作人员尽了一切可能。

核工业西南物理研究所聚变科学研究所副所长徐岷说:这种方法是产生微波和电子回旋波，然后通过传输线注入真空室。等离子体吸收这些微波后，它的温度会自然上升。在这个原理中，它非常类似于微波炉，但是功率要高得多。这里注入的总量是5兆瓦，微波炉通常是千瓦。

凭借如此强大的能力，中国的环行器2a极大地提高了中国核聚变实验设备所能达到的温度，并在国际核聚变研究的许多前沿领域取得了大量开创性的成果。这也是中国参与国际核聚变合作的重要平台。

西南核工业物理研究所聚变科学研究所副所长徐岷:有些技术是我们先发明后引进的。有些技术是我们通过国际合作学到的。所以事实上每个人都在一起进步。从这一水平来看，我国核聚变的研究水平正在慢慢赶上甚至超过国际先进水平。

ITER:各国共同挑战世纪挑战

1952年，人类利用核聚变试验并引爆了第一颗氢弹，但迄今为止，和平利用核聚变仍是人类追求的遥远目标。据估计，核聚变的商业运作将在本世纪中叶完成，也就是说，在人类试验氢弹100年后。可以说，受控核聚变是人类面临的世纪难题，而国际热核聚变实验堆计划，又称ITER计划，是人类共同挑战和解决本世纪难题的重要一步。

上图为法国国际热核聚变实验堆的施工现场。它的英文缩写是ITER。它是目前世界上最大、最有影响力的国际科研合作项目之一。它涉及七个国家和地区，包括中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国和印度。建设周期大约需要10年，耗资超过100亿美元。ITER是一个能够产生大规模核聚变的试验装置。根据该计划，它将于2019年完工，并将于2035年点火，从而成为未来商用核聚变反应堆设计的制造模型。

2003年1月，ITER计划谈判正式开始。2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判小组代表我国*与参与国草签了《ITER计划协议》。这七个国家包括世界上主要的核国家，覆盖了世界人口的近一半。每个国家承担整个项目的部分工作量，中国的贡献约占整个ITER发展工作的10%。

西南核工业物理研究所副所长段旭如:这10%实际上主要是实物捐助，这意味着ITER是一个多部件聚变实验堆，中国承担了部分部件的研发生产。最后，在中国完成后，它将被运送到目前在法国的ITER总部。

根据设计要求，ITER作为聚变能实验堆，将把体积为837立方米的氘氚高温等离子体限制在一个“磁笼”内，在500秒内产生50万千瓦的聚变能。尽管50万千瓦的热能仅相当于一个小型热电站，但对人类来说，在商业上掌握和使用核聚变将是关键的一步。对中国来说，ITER也将成为推动中国自主核聚变反应堆发展的重要力量。

西南核工业物理研究院副院长段旭如:通过参与ITER项目，我们将掌握未来聚变堆的设计，这将极大地促进我们未来100%掌握这项技术和知识产权，以及我们未来自主建设聚变堆。