我國熱核聚變核心部件獲重大突破

　　近日，一則關于“人造太陽”的消息登上了央視新聞，也刷爆了朋友圈。許多人有疑問，太陽還可以制造？其實，這顆“太陽”是我國在國際熱核聚變項目上的重大突破，由于太陽是我們在自然界目前能看到的最大核聚變體，所以形象地稱為“人造太陽”。那么，這顆“太陽”是如何誕生的呢？

　　核聚變：未來能源問題的希望

　　核聚變是核能的一種重要形式之一，有人甚至說，如果掌握了核聚變技術，將對人類發展起到深遠的影響。那這究竟是一種什么樣的能源呢？

　　核能是通過核反應從原子核釋放的能量，目前，我們常見的核電站，利用的就是這樣的能量。只不過，目前核電站主要是把比較重的原子分裂成較輕的原子而釋放能量，這個反應過程就被稱為核裂變。而正處于研究階段的核聚變，則正好相反。

　　“核聚變是較輕元素的原子聚合在一起，生成較重元素的原子，它同時要釋放出能量。”核工業西南物理研究院副院長段旭如說。

　　和普通能源相比，核聚變的優勢明顯，首先，燃料的來源非常豐富。一升海水里面的氘，如果它全部聚變反應的話，產生的能量相當于燃燒300升汽油產生的能量。

　　“人造太陽”項目一旦實現，人類能源枯竭問題將得到改善。只要往設備中不斷輸入氘和氚，在里面發生聚變反應，它就能源源不斷地釋放出能量，而氘、氚可以從海水中提取，廉價而且數量豐富。

　　段旭如說，目前還有很多挑戰沒有解決，靠一個國家的實力來攻克，現在還有難度。正因如此，1985年，國際上開始倡議多國共同合作開展受控核聚變反應堆的研制工作，這就是后來的ITER項目。

　　中國智慧讓材料承受“太陽”高溫

　　我國從2006年開始正式參與到國際熱核聚變實驗堆的項目，而此次通過認證的反應堆核心材料，直接面對高溫聚變物質，因而被成為反應堆的“第一壁”。

　　ITER的設計方案要求，第一壁要承受每平米4.7兆瓦的熱量，這幾乎可以瞬間將一公斤的鋼鐵融化。可以說是難度最高的技術之一。如果這些材料性能不佳，要么就被高溫瞬間融化，要么會讓反應堆這座鍋爐熄滅。為此，研制人員想到了一種特殊的結構，把熱量及時地傳走。

　　在核工業西南物理研究院第一壁生產車間，有一塊看上去像三明治一樣的材料，底下是不銹鋼，中間是銅合金，上面則是特殊的高純度金屬鈹。金屬鈹是放在反應堆內直接面對高溫聚變材料的，如果它和銅合金的貼合不夠緊密，就無法達到隔熱防護的效果。國外專家試圖用普通焊接的方法解決這個問題，但試驗終告失敗。而中國的科研人員想到了全新的辦法。

　　“把它放在一個真空的包裝套里頭，放在這個熱等靜壓機器設備里頭，然后灌注氬氣，不斷地給它進行加壓和加溫。材料之間就會在高溫和高壓情況下進行結合。”核工業西南物理研究院第一壁生產車間負責人楊波說。

　　楊波和同事們想到的這個辦法，類似于把材料放到一個高壓鍋里，靠壓力和溫度把兩個材料燒在一起。理論上行得通，但實際做起來，加多少壓、用多高的溫度出來的材料才能完美無瑕，都需要一次次試驗來驗證。一次次的打擊讓研究團隊沮喪失望，但沒有任何人提出過放棄。

　　“我們沒有絕望的時候，只是覺得它肯定有什么地方不對，過程控制好，我們相信絕對會成功。”楊波說。

　　三年的刻苦攻關，科研人員終于燒制出了完全合格的產品。在國外機構的測試中，這套工藝制造出來的材料，經歷了7500次的高低溫循環，甚至在高于考核標準的熱量考驗下都一次通過了測試。這樣的成就，讓楊波和同事們感受到了整個項目合作中的變化。

　　“以前我們跟別人交流，是想看別人到底有什么成功的經驗。現在反過來，有很多國外同事向我們打聽，你們是什么地方做得好。”楊波說。

　　不斷突破的中國技術

　　在參與國際合作共同研制核聚變裝置的同時，我國自主的核聚變研究也在加速推進，并且建成了一批具有國際一流水平的核聚變試驗裝置，例如中國環流器二號A。

　　核聚變反應需要把核燃料加熱到上億度的高度，這個溫度足以把地球上任何的材料瞬間汽化，那么，用什么盛放這些材料就成了問題。科學家們想到用磁場把這些材料束縛起來，讓它們乖乖地在一個環形的空間里飛行而不和材料接觸，因此，全新的反應堆芯結構就此誕生。

　　中國環流器二號A，它就相當于是未來的核聚變反應堆的一個雛形，而它身上的很多技術都標志著中國的核聚變研究達到了世界領先的水平。

　　正是有了這樣強大的能力，中國環流器二號A將我國核聚變試驗裝置能夠實現的溫度大幅提高，并在多個國際核聚變研究的前沿領域得到了大量開創性的成果，而它本身，也是中國參與國際核聚變合作的重要平臺。“通過參加ITER計劃，我們要掌握未來聚變堆怎么設計，對未來自主建造聚變堆也有很大的促進作用。”段旭如說。本報綜合報道

　　一顆清潔的“太陽”

　　通俗地講，所謂“人造太陽”，是指受控核聚變，是以探索無限而清潔的核聚變能源為目標。不過“人造太陽”完全不同于裂變核電站，它采用的原料是氫和它的同位素氘，這種原料本身就沒有輻射性，雖然聚變過程中等離子體碰撞產生中子是一種輻射，但它是短暫的，一旦放電結束就不會再產生中子，且放電過程中產生的中子也是可以防護的，通常它們都不能穿過1.5米厚的墻。

　　另一個方面，它的環境可接受性比較好，因為聚變反應，產生的產物是氦，氦本身不具有放射性。另外核聚變反應不產生溫室氣體及核廢料。

　　從長遠來看，核能將是繼石油、煤和天然氣之后的主要能源，一旦核聚變電站成功運行，帶給世界的變化將是革命性的。減少石油、煤等化石燃料開采和燃燒帶來的污染，全球變暖、南極冰面萎縮、海岸線增高等一系列現在人類頭疼的問題將會得到改善。它將給人類帶來清潔的能源，就像太陽帶給我們的一樣。