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問(wèn)鼎人類(lèi)終極能源中國(guó)人在奔跑——中國(guó)環(huán)流器二號(hào) M 裝置建成
來(lái)源:尖兵之翼
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作者:盛安陵
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發(fā)布時(shí)間: 2020-12-30
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萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。支撐人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的一切能量來(lái)自太陽(yáng)，而太陽(yáng)的能量則來(lái)自核聚變......
2020 年初冬的一個(gè)下午，在成都西南角的中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院，中國(guó)環(huán)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(mǎn)了淚花。此時(shí)，位于大廳中央的巨型屏幕上，一道電光閃過(guò)，稍作間歇又是一道，頻繁閃爍……由該院自主設(shè)計(jì)建造的新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置中國(guó)環(huán)流器二號(hào) M 裝置（HL-2M）成功放電。“這標(biāo)志著 HL-2M 已經(jīng)建成。為了這一刻，大家拼搏了許多個(gè)日日夜夜。”中核集團(tuán)核西物院中國(guó)環(huán)流器二號(hào) M 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉永說(shuō)，“作為我國(guó)新建的的先進(jìn)托卡馬克裝置，HL-2M 等離子體離子溫度可達(dá)到1.5 億攝氏度，可實(shí)現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運(yùn)行，將大力提升我國(guó)堆芯級(jí)等離子體物理研究及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)先進(jìn)水平，為我國(guó)深度參與 ITER 計(jì)劃及自主設(shè)計(jì)建造聚變堆提供重要技術(shù)支撐。”
ITER“衛(wèi)星”
萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。支撐人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的一切能量來(lái)自太陽(yáng)，而太陽(yáng)的能量則來(lái)自核聚變。
其實(shí)，核聚變并不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無(wú)限接近，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，就能釋放出巨大能量。然而，原理看似簡(jiǎn)單，但要讓聚變反應(yīng)持續(xù)可控，可以說(shuō)難于上青天。
據(jù)劉永介紹，要實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，必須滿(mǎn)足三個(gè)苛刻條件：一是溫度要足夠高，使燃料變成超過(guò)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(fā)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(zhǎng)時(shí)間。
這就是聚變界通常所說(shuō)的“三乘積”中的要素——離子溫度、密度和能量約束時(shí)間。別小覷這三要素，自上世紀(jì) 50 年代至今，國(guó)際聚變界的科學(xué)家們可謂前赴后繼、攻堅(jiān)克難、煞費(fèi)苦心、孜孜不倦，但仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。為此，ITER 計(jì)劃被推出集全世界力量以攻克難關(guān)；中國(guó)成為七方重要成員之一。
其實(shí)，中國(guó)可控核聚變研究與世界幾乎同步。自1955 年錢(qián)三強(qiáng)、李正武等老一輩科學(xué)家提議開(kāi)展“可控?zé)岷朔磻?yīng)”以來(lái)，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(fā)展了脈沖磁鏡、一號(hào)（HL-1）。這是我國(guó)核聚變研究史上的一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著我國(guó)可控核聚變研究從原理探索進(jìn)入規(guī)模化實(shí)驗(yàn)研究新階段。從此，中國(guó)核聚變研究由小到大、由弱到強(qiáng)，進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展的新階段。2002年，由核西物院建造的中國(guó)環(huán)流器二號(hào) A（HL-2A）成為這一時(shí)期的代表。這也是我國(guó)第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置。
劉永說(shuō)：“HL-2M 裝置是 HL-2A 的改造升級(jí)裝置，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)核聚變能開(kāi)發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置，同時(shí)也是我國(guó)消化吸收 ITER 技術(shù)不可或缺的平臺(tái)。”據(jù)他介紹，自 2006 年國(guó)際啟動(dòng) ITER 計(jì)劃后，各國(guó)均是一方面積極參與 ITER 計(jì)劃，另一方面也在推動(dòng)本國(guó)核聚變研究。有的是改進(jìn)以前的科學(xué)裝置，有的是建設(shè)新的科學(xué)裝置，目的是在 ITER 建成前的這一段時(shí)間里，依托各自國(guó)內(nèi)裝置和平臺(tái)全面掌握ITER 的技術(shù)和能力。
“對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，若要在 ITER 上發(fā)揮更多作用，像 HL-2M 這樣高參數(shù)運(yùn)行的裝置不可或缺，一方面支撐 ITER，為 ITER 開(kāi)展預(yù)先研究、并探索相關(guān)物理與工程問(wèn)題，另一方面就是作為我國(guó)可控核聚變?nèi)瞬排囵B(yǎng)的重要平臺(tái)。這是承上啟下的重要一步，不可逾越。”劉永補(bǔ)充道，“通常像 HL-2M 這樣的高參數(shù)運(yùn)行裝置，可被稱(chēng)為 ITER‘衛(wèi)星’。而全世界正在運(yùn)行的稱(chēng)得上 ITER‘衛(wèi)星’的科學(xué)裝置不多。HL-2M 名副其實(shí)。”
中國(guó)聚變不能只等 ITER
1984 年，核西物院建成了我國(guó)首座受控核聚變托卡馬克大科學(xué)裝置——中國(guó)環(huán)流器一號(hào)（HL-1），之后陸續(xù)建造中國(guó)環(huán)流器新一號(hào) (HL-1M)、中國(guó)環(huán)流器二號(hào) A(HL-2A)，HL-2M 是核西物院建造的第四座托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置。在先進(jìn)性方面，HL-2M 與前三個(gè)裝置相比有著跨越式的提升。
據(jù)劉永介紹，HL-2M 在裝置物理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊材料研制與連接技術(shù)研發(fā)、關(guān)鍵部件制造與總裝集成等方面取得了多項(xiàng)突破。
的確，為了確保裝置的性能能夠滿(mǎn)足在堆芯級(jí)等離子體參數(shù)條件下開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)研究的要求， HL-2M 與 HL-2A 相比，裝置主機(jī)性能參數(shù)需大幅提升，為此，采用了更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，造成工程技術(shù)難度及工藝復(fù)雜性大幅增加。
ITER“衛(wèi)星”
萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。支撐人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的一切能量來(lái)自太陽(yáng)，而太陽(yáng)的能量則來(lái)自核聚變。
其實(shí)，核聚變并不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無(wú)限接近，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，就能釋放出巨大能量。然而，原理看似簡(jiǎn)單，但要讓聚變反應(yīng)持續(xù)可控，可以說(shuō)難于上青天。
據(jù)劉永介紹，要實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，必須滿(mǎn)足三個(gè)苛刻條件：一是溫度要足夠高，使燃料變成超過(guò)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(fā)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(zhǎng)時(shí)間。
這就是聚變界通常所說(shuō)的“三乘積”中的要素——離子溫度、密度和能量約束時(shí)間。別小覷這三要素，自上世紀(jì) 50 年代至今，國(guó)際聚變界的科學(xué)家們可謂前赴后繼、攻堅(jiān)克難、煞費(fèi)苦心、孜孜不倦，但仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。為此，ITER 計(jì)劃被推出集全世界力量以攻克難關(guān)；中國(guó)成為七方重要成員之一。
其實(shí)，中國(guó)可控核聚變研究與世界幾乎同步。自1955 年錢(qián)三強(qiáng)、李正武等老一輩科學(xué)家提議開(kāi)展“可控?zé)岷朔磻?yīng)”以來(lái)，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(fā)展了脈沖磁鏡、一號(hào)（HL-1）。這是我國(guó)核聚變研究史上的一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著我國(guó)可控核聚變研究從原理探索進(jìn)入規(guī)模化實(shí)驗(yàn)研究新階段。從此，中國(guó)核聚變研究由小到大、由弱到強(qiáng)，進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展的新階段。2002年，由核西物院建造的中國(guó)環(huán)流器二號(hào) A（HL-2A）成為這一時(shí)期的代表。這也是我國(guó)第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置。
劉永說(shuō)：“HL-2M 裝置是 HL-2A 的改造升級(jí)裝置，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)核聚變能開(kāi)發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置，同時(shí)也是我國(guó)消化吸收 ITER 技術(shù)不可或缺的平臺(tái)。”據(jù)他介紹，自 2006 年國(guó)際啟動(dòng) ITER 計(jì)劃后，各國(guó)均是一方面積極參與 ITER 計(jì)劃，另一方面也在推動(dòng)本國(guó)核聚變研究。有的是改進(jìn)以前的科學(xué)裝置，有的是建設(shè)新的科學(xué)裝置，目的是在 ITER 建成前的這一段時(shí)間里，依托各自國(guó)內(nèi)裝置和平臺(tái)全面掌握ITER 的技術(shù)和能力。
“對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，若要在 ITER 上發(fā)揮更多作用，像 HL-2M 這樣高參數(shù)運(yùn)行的裝置不可或缺，一方面支撐 ITER，為 ITER 開(kāi)展預(yù)先研究、并探索相關(guān)物理與工程問(wèn)題，另一方面就是作為我國(guó)可控核聚變?nèi)瞬排囵B(yǎng)的重要平臺(tái)。這是承上啟下的重要一步，不可逾越。”劉永補(bǔ)充道，“通常像 HL-2M 這樣的高參數(shù)運(yùn)行裝置，可被稱(chēng)為 ITER‘衛(wèi)星’。而全世界正在運(yùn)行的稱(chēng)得上 ITER‘衛(wèi)星’的科學(xué)裝置不多。HL-2M 名副其實(shí)。”
中國(guó)聚變不能只等 ITER
1984 年，核西物院建成了我國(guó)首座受控核聚變托卡馬克大科學(xué)裝置——中國(guó)環(huán)流器一號(hào)（HL-1），之后陸續(xù)建造中國(guó)環(huán)流器新一號(hào) (HL-1M)、中國(guó)環(huán)流器二號(hào) A(HL-2A)，HL-2M 是核西物院建造的第四座托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置。在先進(jìn)性方面，HL-2M 與前三個(gè)裝置相比有著跨越式的提升。
據(jù)劉永介紹，HL-2M 在裝置物理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊材料研制與連接技術(shù)研發(fā)、關(guān)鍵部件制造與總裝集成等方面取得了多項(xiàng)突破。
的確，為了確保裝置的性能能夠滿(mǎn)足在堆芯級(jí)等離子體參數(shù)條件下開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)研究的要求， HL-2M 與 HL-2A 相比，裝置主機(jī)性能參數(shù)需大幅提升，為此，采用了更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，造成工程技術(shù)難度及工藝復(fù)雜性大幅增加。
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