當(dāng)太陽(yáng)核心的溫度攀升至1500萬(wàn)攝氏度，氫原子核在引力作用下克服庫(kù)侖斥力，以每秒消耗6億噸氫燃料的速度燃燒，即可釋放出可以照亮整個(gè)太陽(yáng)系的能量——這就是核聚變。地球上，科學(xué)家們致力于將這種稀缺變?yōu)槿粘！?
那么，核聚變真的安全嗎？托卡馬克裝置是一種怎樣的“神兵利器”？這一探索清潔能源“終極方案”的大科學(xué)裝置，當(dāng)前的建設(shè)和使用情況如何？地方政府為核聚變產(chǎn)業(yè)砸下百億資金，背后邏輯何在？
7月1日，“活力中國(guó)調(diào)研行”記者團(tuán)繼續(xù)在安徽省合肥市調(diào)研，當(dāng)日聚焦的正是承載著人類對(duì)“海水變石油”等終極能源無(wú)限憧憬的聚變領(lǐng)域。
來(lái)到聚變創(chuàng)新展覽館，記者看到全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置EAST模型占據(jù)C位。模型剖面，內(nèi)部超導(dǎo)磁體等“心臟”部件清晰可見。在變幻的光線下，等離子體如同爆裂中的火球，卻在磁約束的“囚禁”中保持穩(wěn)定懸浮，不斷釋放巨大能量。
中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體物理研究所團(tuán)委書記葉華龍介紹，今年初，位于合肥科學(xué)島上的全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST獲得重大成果，成功實(shí)現(xiàn)1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，刷新世界(7.350, 0.01, 0.14%)紀(jì)錄。
聚變研究在基礎(chǔ)科學(xué)上取得突破后，迅速轉(zhuǎn)向工程實(shí)踐。繼EAST實(shí)現(xiàn)“億度千秒”后，緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置BEST出場(chǎng)了。
據(jù)了解，5月1日，合肥BEST項(xiàng)目工程總裝工作比原計(jì)劃提前兩個(gè)月，在聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施園區(qū)正式啟動(dòng)。
令人期待的是，BEST裝置預(yù)計(jì)2027年建成，有望在2030年通過(guò)核聚變點(diǎn)亮第一盞燈，2050年前實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)化發(fā)電。
離BEST園區(qū)不遠(yuǎn)的是聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）——“夸父”項(xiàng)目。CRAFT是合肥獲批綜合性國(guó)家科學(xué)中心后首個(gè)落戶的國(guó)家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，該設(shè)施目標(biāo)是建成國(guó)際核聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究及測(cè)試平臺(tái)。
在1/8真空室總體安裝與測(cè)試平臺(tái)車間，記者看到，一個(gè)外形似“橘子瓣”的金屬結(jié)構(gòu)頂天立地。可以想象，數(shù)個(gè)相同部件環(huán)狀組裝搭建成的裝置，將是一個(gè)怎樣的“鋼鐵巨獸”。
“邊研發(fā)邊轉(zhuǎn)化”優(yōu)勢(shì)明顯
EAST、BEST、CRAFT三大項(xiàng)目，是我國(guó)聚變能應(yīng)用的一場(chǎng)接力賽。合肥，已經(jīng)成為全球核聚變領(lǐng)域大科學(xué)裝置最為集中的城市。
合肥市發(fā)展改革委綜合性國(guó)家科學(xué)中心工作處處長(zhǎng)李辰介紹，目前，合肥形成了覆蓋科學(xué)研究、工程集成、未來(lái)商業(yè)發(fā)電原型裝置的大科學(xué)裝置集群，并依托中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校的科研基礎(chǔ)，匯聚了世界一流的人才。
安徽積極打造“量子信息、聚變能源、深空探測(cè)”三大科創(chuàng)引領(lǐng)高地。合肥提出打造“6+5+X”產(chǎn)業(yè)集群，培育壯大未來(lái)產(chǎn)業(yè)，擴(kuò)大聚變能源等產(chǎn)業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。由安徽省政府統(tǒng)籌組建的聚變新能，注冊(cè)資本50億元，2024年6月通過(guò)增資擴(kuò)股增至145億元，打造了科研院所與經(jīng)營(yíng)主體協(xié)同的創(chuàng)新聯(lián)合體。
在產(chǎn)業(yè)鏈方面，截至目前，合肥已匯集聚變能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)近60戶，涵蓋上游超導(dǎo)線材等生產(chǎn)（夸父超導(dǎo)、上超材料等）、中游主機(jī)設(shè)備制造、工程建設(shè)（曦合超導(dǎo)、聚能電物理等）、下游設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)商（聚變新能公司）全產(chǎn)業(yè)鏈。依托2023年在合肥成立的聚變產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)，已匯集會(huì)員企業(yè)200余家，覆蓋超導(dǎo)材料、磁體系統(tǒng)、真空設(shè)備等10大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。
記者了解到，“邊研發(fā)邊轉(zhuǎn)化”成果轉(zhuǎn)化機(jī)制——這一被形象稱為“沿途下蛋”的特色模式，正助力合肥在深空探測(cè)、聚變能源等前沿科技領(lǐng)域形成顯著的先發(fā)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。合肥依托EAST、BEST、CRAFT等大科學(xué)裝置集群，加速聚變科研成果產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，開辟新領(lǐng)域新賽道。通過(guò)技術(shù)衍生拓展，推動(dòng)聚變核心技術(shù)跨界賦能醫(yī)療、航天、環(huán)保等領(lǐng)域，彰顯“大國(guó)重器”支撐民生的創(chuàng)新路徑。如中科太赫茲基于EAST高精度太赫茲偏振干涉儀診斷技術(shù)研發(fā)安檢設(shè)備，已應(yīng)用于合肥地鐵；中科離子依據(jù)超導(dǎo)磁體、射頻、離子源等技術(shù)，研發(fā)出超導(dǎo)質(zhì)子治療系統(tǒng)，可精確高效治療人體腫瘤，目前該系統(tǒng)已完成調(diào)試，將盡快啟動(dòng)臨床應(yīng)用。
科幻般的能源愿景加速推向現(xiàn)實(shí)
2023年，安徽出臺(tái)《以創(chuàng)新模式加速推進(jìn)聚變能商業(yè)應(yīng)用戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2022—2035年）》，確立核聚變開發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)堆、工程堆和商業(yè)堆“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：2022年至2030年，依托緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）完成聚變發(fā)電演示驗(yàn)證；2030年，建設(shè)中國(guó)聚變工程示范堆（CFEDR）；2040年前后，以商業(yè)化公司作為實(shí)施主體，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，開展更高聚變功率的商業(yè)堆建設(shè)。記者了解到，聚變新能也正依據(jù)“三步走”的路徑圖，從BEST到CFE-DR一直到商業(yè)堆，從科研到工程，再到以規(guī)模化應(yīng)用為主的商業(yè)聚變，穩(wěn)步推進(jìn)核聚變技術(shù)的工程化驗(yàn)證與產(chǎn)業(yè)鏈布局。
無(wú)污染、零排放，這是核聚變之所以被稱之為“終極能源”的重要原因。聚變新能CFEDR項(xiàng)目部總體設(shè)計(jì)工程師紀(jì)富豪告訴本報(bào)記者，相比于核裂變，核聚變需要極高的溫度和極強(qiáng)的磁場(chǎng)約束下才能發(fā)生，如果條件不滿足，反應(yīng)就會(huì)立刻停止，不會(huì)“失控”。同時(shí)核聚變的“垃圾”少且好處理，核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的放射性廢物較少，放射性持續(xù)時(shí)間短，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染。更重要的是，核聚變?nèi)剂现饕呛Ｋ械碾梢哉f(shuō)是“取之不盡”。每升海水中含0.03克氘，通過(guò)聚變釋放的能量相當(dāng)于300升汽油。聚變新能董事長(zhǎng)嚴(yán)建文也表示，一旦技術(shù)成熟，度電成本將接近為零。
這樣一種可以顛覆能源體系的技術(shù)，需要再等50年嗎？此次“活力中國(guó)調(diào)研行”，記者直觀感受到“安徽速度”。從全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST刷新“億度千秒”世界紀(jì)錄，到緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置BEST啟動(dòng)總裝并瞄準(zhǔn)2027年發(fā)電演示，科幻般的能源愿景加速推向現(xiàn)實(shí)。
清潔能源的到來(lái)不再遙遠(yuǎn)，很重要的原因正在于科研積累與產(chǎn)業(yè)協(xié)同：在科研端，EAST、BEST、CRAFT等大國(guó)重器建設(shè)正酣，形成全球最密集的核聚變工程集群；在產(chǎn)業(yè)端，上下游企業(yè)高度集聚，打通技術(shù)轉(zhuǎn)化通道。當(dāng)科研人員突破等離子體約束、材料耐受性等工程難題，當(dāng)資本市場(chǎng)與鏈上企業(yè)同步發(fā)力，“人造太陽(yáng)”走出等待的迷霧也指日可待。
責(zé)任編輯： 江曉蓓
標(biāo)簽：核聚變
電力
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