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問鼎人類終極能源中國人在奔跑——中國環流器二號 M 裝置建成
來源:尖兵之翼
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作者:盛安陵
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發布時間: 2020-12-30
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萬物生長靠太陽。支撐人類社會發展的一切能量來自太陽，而太陽的能量則來自核聚變......
2020 年初冬的一個下午，在成都西南角的中核集團核工業西南物理研究院，中國環流器指揮控制中心突然沸騰了。大家相互擊掌祝賀 , 有的人眼里還噙滿了淚花。此時，位于大廳中央的巨型屏幕上，一道電光閃過，稍作間歇又是一道，頻繁閃爍……由該院自主設計建造的新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置中國環流器二號 M 裝置（HL-2M）成功放電。“這標志著 HL-2M 已經建成。為了這一刻，大家拼搏了許多個日日夜夜。”中核集團核西物院中國環流器二號 M 項目負責人劉永說，“作為我國新建的的先進托卡馬克裝置，HL-2M 等離子體離子溫度可達到1.5 億攝氏度，可實現高密度、高比壓、高自舉電流運行，將大力提升我國堆芯級等離子體物理研究及相關關鍵技術研發先進水平，為我國深度參與 ITER 計劃及自主設計建造聚變堆提供重要技術支撐。”
ITER“衛星”
萬物生長靠太陽。支撐人類社會發展的一切能量來自太陽，而太陽的能量則來自核聚變。
其實，核聚變并不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無限接近，使其發生聚變反應，就能釋放出巨大能量。然而，原理看似簡單，但要讓聚變反應持續可控，可以說難于上青天。
據劉永介紹，要實現可控核聚變反應，必須滿足三個苛刻條件：一是溫度要足夠高，使燃料變成超過1 億攝氏度的等離子體；二是密度要足夠高，這樣兩原子核發生碰撞的概率就大；三是等離子體在有限的空間里被約束足夠長時間。
這就是聚變界通常所說的“三乘積”中的要素——離子溫度、密度和能量約束時間。別小覷這三要素，自上世紀 50 年代至今，國際聚變界的科學家們可謂前赴后繼、攻堅克難、煞費苦心、孜孜不倦，但仍然面臨巨大的挑戰。為此，ITER 計劃被推出集全世界力量以攻克難關；中國成為七方重要成員之一。
其實，中國可控核聚變研究與世界幾乎同步。自1955 年錢三強、李正武等老一輩科學家提議開展“可控熱核反應”以來，取得了一系列重要科研成果。特別是 1965 年核西物院成立后，先后發展了脈沖磁鏡、一號（HL-1）。這是我國核聚變研究史上的一個重要里程碑，標志著我國可控核聚變研究從原理探索進入規模化實驗研究新階段。從此，中國核聚變研究由小到大、由弱到強，進入高質量發展的新階段。2002年，由核西物院建造的中國環流器二號 A（HL-2A）成為這一時期的代表。這也是我國第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置。
劉永說：“HL-2M 裝置是 HL-2A 的改造升級裝置，是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置，同時也是我國消化吸收 ITER 技術不可或缺的平臺。”據他介紹，自 2006 年國際啟動 ITER 計劃后，各國均是一方面積極參與 ITER 計劃，另一方面也在推動本國核聚變研究。有的是改進以前的科學裝置，有的是建設新的科學裝置，目的是在 ITER 建成前的這一段時間里，依托各自國內裝置和平臺全面掌握ITER 的技術和能力。
“對于中國人來說，若要在 ITER 上發揮更多作用，像 HL-2M 這樣高參數運行的裝置不可或缺，一方面支撐 ITER，為 ITER 開展預先研究、并探索相關物理與工程問題，另一方面就是作為我國可控核聚變人才培養的重要平臺。這是承上啟下的重要一步，不可逾越。”劉永補充道，“通常像 HL-2M 這樣的高參數運行裝置，可被稱為 ITER‘衛星’。而全世界正在運行的稱得上 ITER‘衛星’的科學裝置不多。HL-2M 名副其實。”
中國聚變不能只等 ITER
1984 年，核西物院建成了我國首座受控核聚變托卡馬克大科學裝置——中國環流器一號（HL-1），之后陸續建造中國環流器新一號 (HL-1M)、中國環流器二號 A(HL-2A)，HL-2M 是核西物院建造的第四座托卡馬克實驗裝置。在先進性方面，HL-2M 與前三個裝置相比有著跨越式的提升。
據劉永介紹，HL-2M 在裝置物理與結構設計、特殊材料研制與連接技術研發、關鍵部件制造與總裝集成等方面取得了多項突破。
的確，為了確保裝置的性能能夠滿足在堆芯級等離子體參數條件下開展物理實驗研究的要求， HL-2M 與 HL-2A 相比，裝置主機性能參數需大幅提升，為此，采用了更先進的結構與控制方式，造成工程技術難度及工藝復雜性大幅增加。
ITER“衛星”
萬物生長靠太陽。支撐人類社會發展的一切能量來自太陽，而太陽的能量則來自核聚變。
其實，核聚變并不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無限接近，使其發生聚變反應，就能釋放出巨大能量。然而，原理看似簡單，但要讓聚變反應持續可控，可以說難于上青天。
據劉永介紹，要實現可控核聚變反應，必須滿足三個苛刻條件：一是溫度要足夠高，使燃料變成超過1 億攝氏度的等離子體；二是密度要足夠高，這樣兩原子核發生碰撞的概率就大；三是等離子體在有限的空間里被約束足夠長時間。
這就是聚變界通常所說的“三乘積”中的要素——離子溫度、密度和能量約束時間。別小覷這三要素，自上世紀 50 年代至今，國際聚變界的科學家們可謂前赴后繼、攻堅克難、煞費苦心、孜孜不倦，但仍然面臨巨大的挑戰。為此，ITER 計劃被推出集全世界力量以攻克難關；中國成為七方重要成員之一。
其實，中國可控核聚變研究與世界幾乎同步。自1955 年錢三強、李正武等老一輩科學家提議開展“可控熱核反應”以來，取得了一系列重要科研成果。特別是 1965 年核西物院成立后，先后發展了脈沖磁鏡、一號（HL-1）。這是我國核聚變研究史上的一個重要里程碑，標志著我國可控核聚變研究從原理探索進入規模化實驗研究新階段。從此，中國核聚變研究由小到大、由弱到強，進入高質量發展的新階段。2002年，由核西物院建造的中國環流器二號 A（HL-2A）成為這一時期的代表。這也是我國第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置。
劉永說：“HL-2M 裝置是 HL-2A 的改造升級裝置，是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置，同時也是我國消化吸收 ITER 技術不可或缺的平臺。”據他介紹，自 2006 年國際啟動 ITER 計劃后，各國均是一方面積極參與 ITER 計劃，另一方面也在推動本國核聚變研究。有的是改進以前的科學裝置，有的是建設新的科學裝置，目的是在 ITER 建成前的這一段時間里，依托各自國內裝置和平臺全面掌握ITER 的技術和能力。
“對于中國人來說，若要在 ITER 上發揮更多作用，像 HL-2M 這樣高參數運行的裝置不可或缺，一方面支撐 ITER，為 ITER 開展預先研究、并探索相關物理與工程問題，另一方面就是作為我國可控核聚變人才培養的重要平臺。這是承上啟下的重要一步，不可逾越。”劉永補充道，“通常像 HL-2M 這樣的高參數運行裝置，可被稱為 ITER‘衛星’。而全世界正在運行的稱得上 ITER‘衛星’的科學裝置不多。HL-2M 名副其實。”
中國聚變不能只等 ITER
1984 年，核西物院建成了我國首座受控核聚變托卡馬克大科學裝置——中國環流器一號（HL-1），之后陸續建造中國環流器新一號 (HL-1M)、中國環流器二號 A(HL-2A)，HL-2M 是核西物院建造的第四座托卡馬克實驗裝置。在先進性方面，HL-2M 與前三個裝置相比有著跨越式的提升。
據劉永介紹，HL-2M 在裝置物理與結構設計、特殊材料研制與連接技術研發、關鍵部件制造與總裝集成等方面取得了多項突破。
的確，為了確保裝置的性能能夠滿足在堆芯級等離子體參數條件下開展物理實驗研究的要求， HL-2M 與 HL-2A 相比，裝置主機性能參數需大幅提升，為此，采用了更先進的結構與控制方式，造成工程技術難度及工藝復雜性大幅增加。
