每一項(xiàng)技術(shù)都逼近了極限
1億攝氏度，1000秒。這兩個(gè)數(shù)字是橫亙?cè)谥袊?guó)科學(xué)院等離子體研究所核物理科學(xué)家和全球科學(xué)界面前的兩座難以跨越的山峰。
要讓核聚變?yōu)槿祟?lèi)所利用，就意味著要把氘、氚的等離子體瞬間加熱到1億攝氏度，并至少持續(xù)1000秒，才能形成持續(xù)反應(yīng)。而這正是“東方超環(huán)”EAST的使命。上億攝氏度和零下269攝氏度，每一個(gè)極限都是科研領(lǐng)域的高、精、尖難題，開(kāi)拓創(chuàng)新就意味著挑戰(zhàn)極限。
“傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射造成能量的損失，為了最小的輻射損失，就得全部用真空。我們用五層真空，做成最大的‘保溫杯’，實(shí)現(xiàn)了一億攝氏度和零下269攝氏度‘冰火兩重天’的結(jié)合。”宋云濤告訴記者，要獲得更長(zhǎng)放電時(shí)間，幾乎所有的技術(shù)都要用到當(dāng)今世界技術(shù)的極致。
事實(shí)上，與全球規(guī)模最大的能源合作項(xiàng)目——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)相比，EAST只有其1/4大小。但麻雀雖小，五臟俱全，EAST的成功經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)支撐了ITER的建設(shè)。如研制出可通過(guò)90千安電流的高溫超導(dǎo)電流引線，使ITER制冷電耗每年減少2/3以上；證明ITER磁體電源設(shè)計(jì)方案存在的風(fēng)險(xiǎn)，并設(shè)計(jì)出新方案。
“目前，中國(guó)在ITER七方采購(gòu)包進(jìn)度中已成為第一位。在核聚變領(lǐng)域，中國(guó)人再也不是可有可無(wú)的‘小角色’。”宋云濤自豪地說(shuō)。
在基礎(chǔ)科研創(chuàng)新的同時(shí)，EAST也帶動(dòng)著我國(guó)核聚變相關(guān)高科技加工業(yè)的發(fā)展。
加工的難度在于材料。要控制上億攝氏度的等離子體，第一層屏蔽層重量就達(dá)8000噸。在等離子體所超導(dǎo)導(dǎo)體生產(chǎn)大廳中，宋云濤指著堆疊了兩人多高的環(huán)形導(dǎo)體告訴記者：“這些導(dǎo)體每一根價(jià)值都在3000萬(wàn)元人民幣以上。”這些外表看起來(lái)再普通不過(guò)的導(dǎo)管，卻內(nèi)藏乾坤：每根線管里都是1000根頭發(fā)絲一樣細(xì)的導(dǎo)線擰成的超導(dǎo)電纜。
這些超導(dǎo)線可謂EAST和ITER的“生命線”。因?yàn)榈厍蛏显倌蜔岬牟牧弦矔?huì)被核心區(qū)1億攝氏度的聚變反應(yīng)燒化，而要讓反應(yīng)產(chǎn)生的等離子體和裝置內(nèi)壁保持一定的距離，就離不開(kāi)這些超導(dǎo)線。“它們每秒可以通過(guò)6萬(wàn)安培的電流，產(chǎn)生10萬(wàn)高斯的磁場(chǎng)，形成一個(gè)強(qiáng)大的‘電磁籠’，把等離子體懸浮起來(lái)。”宋云濤解釋說(shuō)。
然而，在EAST建立之前，這項(xiàng)技術(shù)尚未誕生。“之前我國(guó)的超導(dǎo)線總共加起來(lái)才有26公斤，而現(xiàn)在除了供給ITER每年所需的150噸預(yù)定以外，產(chǎn)量還綽綽有余。”宋云濤說(shuō)。
ITER很多部件都代表著高附加值，是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。“這個(gè)線圈重396噸，比EAST所有的線圈加起來(lái)還大。我們的價(jià)格比日本的還高100萬(wàn)元人民幣， 我們是以技術(shù)和質(zhì)量取勝。中國(guó)人‘賣(mài)白菜’的歷史一定會(huì)盡快地結(jié)束！”宋云濤說(shuō)。
未來(lái)幾年或啟動(dòng)聚變工程試驗(yàn)堆
熱核聚變?cè)谶^(guò)去50年中發(fā)展非常之快。世界上第一個(gè)真正意義上的“人造太陽(yáng)”，是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER，要在20年左右能夠在大規(guī)模的、幾十萬(wàn)千瓦的基礎(chǔ)上運(yùn)行較長(zhǎng)的時(shí)間，就需要驗(yàn)證聚變的工程可行性，而東方超環(huán)正是為此進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)其可行性。
讓5000萬(wàn)攝氏度等離子體持續(xù)100.12秒，這是目前EAST取得的成績(jī)，也是當(dāng)前國(guó)際核聚變反應(yīng)最好的成績(jī)。EAST差不多16—17個(gè)月左右的時(shí)間，綜合參數(shù)能夠翻一倍。“EAST必將對(duì)ITER及下一代聚變裝置作出更多世界級(jí)的、獨(dú)一無(wú)二的貢獻(xiàn)。”
核聚變到底什么時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)？未來(lái)中國(guó)的核聚變到底怎么做？面對(duì)上述問(wèn)題，宋云濤表示，我國(guó)現(xiàn)在正在做的EAST實(shí)驗(yàn)裝置，加入了ITER國(guó)際合作，有望再過(guò)幾年后建造中國(guó)自己的工程堆，才能夠演示發(fā)電。
我國(guó)下一代核聚變裝置——中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆(CFETR)已于2011年開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在過(guò)去的幾年里，項(xiàng)目集中了我國(guó)磁約束聚變研究的骨干力量，形成目標(biāo)明確的國(guó)家隊(duì)，在吸收消化ITER和國(guó)際磁約束聚變堆設(shè)計(jì)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，完成的CFETR設(shè)計(jì)方案可與ITER相銜接和補(bǔ)充。同時(shí)，該項(xiàng)目推動(dòng)了廣泛國(guó)際合作，世界聚變研究發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利等已經(jīng)全面參與CFETR的設(shè)計(jì)；俄羅斯同行也表示未來(lái)更加深入?yún)⑴cCFETR計(jì)劃。
目前，CFETR裝置已經(jīng)完成設(shè)計(jì)研究并開(kāi)始了工程化設(shè)計(jì)，有望在未來(lái)幾年啟動(dòng)。宋云濤滿懷信心地說(shuō)，“有了它以后，有望在50年到60年之后實(shí)現(xiàn)商用化”。
來(lái)源：http://www.chinanews.com/cj/2017/07-13/8276310.shtml
