“科幻電影《流浪地球2》中描述的‘重核聚變’是通過(guò)‘燒石頭’的方式實(shí)現(xiàn)行星發(fā)動(dòng)機(jī)的能量供應(yīng)。”近日，全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變領(lǐng)域首席專(zhuān)家段旭如在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者專(zhuān)訪時(shí)表示，從當(dāng)前工程角度來(lái)講，“重核聚變”暫時(shí)還不屬于重點(diǎn)研究方向，然而現(xiàn)實(shí)世界人類(lèi)利用輕核聚變實(shí)現(xiàn)聚變能源的利用指日可待。
人類(lèi)離“行星發(fā)動(dòng)機(jī)”有多遠(yuǎn)
春節(jié)檔熱門(mén)電影《流浪地球2》為人們展現(xiàn)了由“核動(dòng)力”構(gòu)建的科幻場(chǎng)景，1月30日中核集團(tuán)也展示了《流浪地球2》中“行星發(fā)動(dòng)機(jī)”和由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院牽頭研發(fā)的中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”裝置（HL-2M）以及中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A（HL-2A）裝置的海報(bào)，引發(fā)熱烈討論。電影中的行星發(fā)動(dòng)機(jī)是否真的有據(jù)可循？人類(lèi)目前的科技水平距離實(shí)現(xiàn)行星發(fā)動(dòng)機(jī)還差多遠(yuǎn)？對(duì)此，段旭如介紹稱，《流浪地球2》中描述的重核聚變是通過(guò)“燒石頭”的方式實(shí)現(xiàn)行星發(fā)動(dòng)機(jī)的能量供應(yīng)。核聚變?cè)谟钪嬷袩o(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生，其原理是利用兩個(gè)較輕原子核的結(jié)合過(guò)程中質(zhì)量虧損從而釋放大量能量，最典型的例子就是太陽(yáng)，時(shí)時(shí)刻刻在發(fā)生輕核聚變反應(yīng)，而電影中“燒石頭”的原料，其相對(duì)原子質(zhì)量要大得多，因此取名為重核聚變。
“然而從當(dāng)前工程角度來(lái)講，‘重核聚變’暫時(shí)還不屬于重點(diǎn)研究方向，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)重核聚變的條件比輕核聚變高太多，產(chǎn)生可觀的輕核聚變溫度需要1億攝氏度以上的高溫，而重核聚變所需溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1億攝氏度，這是目前難以實(shí)現(xiàn)的，”段旭如表示，如果說(shuō)要用行星發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)地球逃離太陽(yáng)系，總體來(lái)說(shuō)這是一種基于科學(xué)基礎(chǔ)的美好想象，以目前的技術(shù)條件和技術(shù)路線來(lái)說(shuō)，暫時(shí)無(wú)法做到。然而現(xiàn)實(shí)世界人類(lèi)利用輕核聚變實(shí)現(xiàn)聚變能源的利用指日可待，相信經(jīng)過(guò)中國(guó) “聚變?nèi)恕钡呐�，未�?lái)清潔高效的聚變能源一定可以輸送到千家萬(wàn)戶。
“人造太陽(yáng)”的研發(fā)目標(biāo)是成為示范核聚變電站
2022年11月，全球最大“人造太陽(yáng)”核心部件“防火墻”在中國(guó)取得重大進(jìn)展，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，標(biāo)志著中國(guó)實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)核心科技全球領(lǐng)跑，有力提升了我國(guó)在該領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。
在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》采訪時(shí)，段旭如表示，ITER是全球最大“人造太陽(yáng)”，其模擬太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生能量，要滿足可控核聚變的條件，其燃料粒子的溫度需超過(guò)1億攝氏度，且還要產(chǎn)生大量極高能量粒子，關(guān)鍵部件“第一壁”，就是它的“防火墻”，直接面對(duì)燃燒的上億攝氏度等離子體與極高能量的粒子。“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，核心指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，具備批量制造條件，標(biāo)志著中國(guó)全面突破ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)核心科技持續(xù)領(lǐng)跑。”段旭如稱。
據(jù)段旭如介紹，中國(guó)參與ITER項(xiàng)目，一方面是為ITER計(jì)劃貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)力量，另一方面也將極大提高我國(guó)核聚變研究水平，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院作為我國(guó)參與ITER計(jì)劃的重要技術(shù)支撐單位，承接了中國(guó)ITER關(guān)鍵部件研制任務(wù)絕大部分涉核部件的研制。通過(guò)整合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)資源，突破了多項(xiàng)工程技術(shù)難題，建立了ITER相關(guān)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的技術(shù)規(guī)范和測(cè)試平臺(tái)，極大地提高了我國(guó)核聚變技術(shù)水平。
目前國(guó)際聚變研究正處于氘-氚燃燒實(shí)驗(yàn)與聚變堆關(guān)鍵核工程技術(shù)研發(fā)階段，段旭如表示，“人造太陽(yáng)”計(jì)劃下一步重點(diǎn)是從氘-氚燃燒實(shí)驗(yàn)階段逐步向聚變反應(yīng)堆工程與物理實(shí)驗(yàn)階段過(guò)渡，最終進(jìn)入示范聚變電站階段和商用聚變電站階段，實(shí)現(xiàn)聚變能和平利用。“當(dāng)然，這還有一段路需要走，多項(xiàng)工程和技術(shù)需要突破，比如自持燃燒等離子體的控制和運(yùn)行、高耐輻照聚變堆材料、氚自持等，‘人造太陽(yáng)’將致力于解決聚變堆相關(guān)工程和物理問(wèn)題，為未來(lái)建造聚變示范堆奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)�！�
中國(guó)部分聚變技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先
人類(lèi)到底何時(shí)才能實(shí)現(xiàn)可控核聚變商業(yè)化運(yùn)用，一直是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。段旭如表示，可控核聚變研發(fā)已經(jīng)從原理探索、大規(guī)模實(shí)驗(yàn)逐步邁入到反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)階段，現(xiàn)在我們對(duì)可控核聚變技術(shù)的認(rèn)知愈加清晰，特別是ITER項(xiàng)目的建設(shè)，即將讓第一個(gè)電站規(guī)模的聚變堆成為現(xiàn)實(shí)。
同時(shí)核工程很多技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，讓科研人員更加清楚地認(rèn)識(shí)到未來(lái)核聚變電站用到和需要攻克哪些技術(shù)�！叭粢劳鞋F(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎(chǔ)，凝聚核工程領(lǐng)域具有專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)優(yōu)勢(shì)研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術(shù)開(kāi)發(fā)體系和工業(yè)體系，集中力量開(kāi)展核聚變工程和技術(shù)攻關(guān)，約三十年時(shí)間，也就是到本世紀(jì)中葉，相信人類(lèi)可以使用上可控核聚變能源。”段旭如稱。
中國(guó)的可控核聚變研究早在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始了，幾乎與國(guó)際上受控核聚變研究同步。2006年，中國(guó)、歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)和印度共同簽署了國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃啟動(dòng)協(xié)定，該計(jì)劃是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程之一。同時(shí)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。段旭如表示，參與ITER的十多年間，中國(guó)的聚變研究得到快速發(fā)展，磁約束核聚變研究從過(guò)去的跟跑步入并跑階段，部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
段旭如稱，我國(guó)裝置平臺(tái)建設(shè)和能力提升，如中國(guó)環(huán)流器系列裝置和東方超環(huán)等，使得我國(guó)磁約束聚變研究實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)不斷取得突破，并推動(dòng)理論和大規(guī)模數(shù)值模擬的發(fā)展。2020年，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院建成我國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”裝置，具備了在堆芯級(jí)條件下開(kāi)展先進(jìn)物理研究的能力，并于2022年實(shí)現(xiàn)等離子體電流突破100萬(wàn)安培（1兆安），創(chuàng)造了我國(guó)可控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新紀(jì)錄，技術(shù)水平進(jìn)一步得到提升。
