万物生长靠太阳星际旅行将不再受制于能源(组图)

万物皆因阳光而生长。长期以来，科学家们一直致力于利用太阳光热的原理，为人类开发源源不断的清洁能源。因此，地球上以探索清洁能源为目标的可控核聚变研究装置也被称为“人造太阳”。聚变燃料氘可以从海水中提取。一升氘在海水中发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油。甚至有人说，一旦实现了聚变能源，人类文明的发展将不再受制于能源。我们可以在寒冷的冬天种植热带水果，24/7 全天候为粮食作物提供光源，星际旅行将不再是梦想。

2020年中央经济工作会议提出：“我国二氧化碳排放力争到2030年达峰，力争到2060年实现碳中和。”能源安全、环境问题、气候变化等问题日益突出，成为21世纪人类社会关注的焦点。面临的最严峻挑战之一。核聚变能以其丰富的资源、环境友好和固有的安全性，将成为未来人类理想的能源。技术解决方案之一。在我国核能发展“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略中，聚变能源被视为解决能源问题的终极目标。

“人造太阳”来自“核”

众所周知，原子能的利用包括核裂变和核聚变。核裂变是将较重的原子核分裂成较轻的原子核并释放能量。核聚变是较轻的原子核聚合以产生较重的原子核并释放大量能量。太阳等恒星之所以发光发热核能源，正是因为其内部的轻核之间不断发生核聚变反应。人类在 1950 年代初成功试验了第一颗氢弹，但氢弹的爆炸是一种不可控的核聚变反应，不能作为提供能量的手段。此后，人类一直致力于可控核聚变研究。

实现可控核聚变主要有两种方式——磁约束核聚变和惯性约束核聚变。其中，磁约束核聚变利用强磁场来约束高温核聚变燃料。实现可控核聚变的条件非常苛刻。首先，燃料需要达到极高的温度（1亿摄氏度以上），但极高温度的燃料不能装在普通的固体容器中。二是要有足够的密度，以增加因燃料核碰撞而发生核聚变反应的概率；三是要有足够长的能量约束时间来制造高温高密度的核反应条件。持续足够长的时间以使聚变反应继续进行。也就是说，燃料离子温度、密度、能量约束时间的乘积，这三个参数的乘积（“聚变三重乘积”）必须达到一定的值，才能满足聚变“点火”条件，实现可控核聚变。因此，核聚变的原理虽然简单，但聚变能的发展却面临着一系列的科技挑战。

国际磁约束可控核聚变研究始于1950年代，经历了少数核大国秘密研究和技术解密的初级阶段，再到开放合作、共同参与的研究阶段。世界。在研究过程中，先后探索了夹点法、磁镜法、仿星器、托卡马克法等多种方法。 1970年代以来，托卡马克方法逐渐显示出独特的优势，成为磁约束核聚变研究的主流方法。国际磁约束聚变界经过几十年的努力核能源，在核聚变研究领域取得了长足的进步。设备的“融合三重产品”提升了几个数量级。然而，实现可控核聚变的关键技术仍面临巨大挑战。 ，要凝聚整个世界的力量，一起战胜它。 1985年，国际热核实验堆（ITER）计划提出，其目的是通过国际合作建造核聚变反应堆，以验证和平利用核聚变能的科学可行性和工程可行性。

2006年11月，中国与欧盟等七方签署启动ITER项目协议。目前，该计划是世界上规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。它将整合当今世界可控磁约束核聚变的主要科技成果，解决大量技术难题。首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆，是实现“人造太阳”能源梦想的关键一步，受到各国政府和科技界的高度重视和支持。各个国家。

我国核聚变技术取得一系列突破

我国可控核聚变研究几乎与国际同步。 1956年，我国制定“十二年科技计划”时，钱三强、李政武等科学家提出在我国开展“可控热核反应”研究，探索核聚变能的和平利用。 1965年，我国建立了聚变能开发专业研究基地，并于1984年建成了我国核聚变领域第一台大型科学装置——中国循环器一号托卡马克装置。这是我国核聚变研究史上的一个重要里程碑。其成功的建设和运行为我国核聚变实验研究装置的自主设计、建设和运行积累了丰富的经验，培养了一支优秀的人才队伍。

自2008年我国科技部成立国际热核聚变实验堆聚变中心以来，我国先后承担了18个采购包的制造任务，数百家科研院所和企业直接参与。在核聚变中心的领导和组织协调下，西南核工业物理研究所和中科院等离子体物理研究所等单位充分发挥了聚变研究开发的优势。实验研究装置和聚变堆关键技术。企业纷纷展开技术攻关。

我国承担的ITER一揽子采购项目进展顺利，取得了一系列技术突破。例如，我国研制的首墙采购包半原型组件于2016年顺利通过高热负荷试验，在全球率先通过认证，同时也带动了其他相关领域的技术发展在我的国家。 2019年9月，由中国核工业集团公司牵头的中法联合体与国际热核实验堆组织签署ITER主机安装合同一号，这是中国企业在欧洲市场中标的最大核能项目合同该合同的签订，标志着国际上对我国核聚变技术、人才积累和核电建设能力的认可。

参与国际热核聚变实验堆计划10余年，我国在聚变领域的科研实力得到了很大提升，我国在聚变等离子体物理领域的研发能力和技术水平，聚变反应堆材料、加热和控制技术取得了长足进步。 ，中国的核聚变技术已由跟随转向平行，部分技术走在了前列。

此外，我国在托卡马克实验和物理研究方面也取得了一系列创新成果，多台装置为前沿聚变物理研究提供了重要平台。比如，中国环行2A实现了从低约束模式到高约束模式的运行，使我国成为少数几个成功实现高约束模式运行的国家之一；东方超环率先实现百秒级高约束模式运行。 .

力争本世纪中叶实现聚变能应用

ITER项目是聚变能源发展的关键一步，是各国聚变能源发展路线图中的关键设施。一旦计划达到目标，人类将在本世纪中叶实现聚变能的应用。

目前，有关国家正集中精力完成计划中的一揽子采购等任务，确保资源保障，以确保ITER的成功建设和运行。一方面，利用现有不同规模的磁约束聚变研究装置，开展聚变等离子体物理及相关技术研究，特别是与ITER计划相关的先进物理实验及相关技术研发。 2020年，我国新一代“人造太阳”——中国循环器2号M装置将在四川成都建成。它是目前国内最大、参数最高的先进托卡马克装置，将为我国深度参与国际热核聚变实验。反应堆规划和未来自主设计建造聚变反应堆提供了重要的技术支持。

另一方面，积极规划和开展未来聚变堆关键技术的研发工作。目前，聚变能的研发已逐步进入聚变堆核工程的可行性阶段。在参与国际热核聚变实验堆计划的同时，我国聚变研究应围绕未来反应堆建设所涉及的前沿科学技术，开展聚变反应堆总体设计、聚变堆芯关键技术、发展聚变能发展核心技术。加强国内与ITER计划相关的聚变能技术研究与创新。培养稳定、高水平的聚变能研发团队，培育和带动一批企业全面参与聚变堆关键技术研究和部件设计制造，构建和完善国家聚变能研发体系，并建立世界一流的研究平台。

我们将发扬协同创新精神，夯实自力更生、自力更生的基础，实现本世纪中叶闪耀世界的“人造太阳”能源梦想。