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特稿丨多國數(shù)十年共建“人造太陽”達(dá)成重要里程碑

2025-05-01 18:41:59

來源:新華網(wǎng)

  新華社倫敦/巴黎5月1日電 特稿|多國數(shù)十年共建“人造太陽”達(dá)成重要里程碑

  新華社記者郭爽 羅毓

  國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)組織官網(wǎng)4月30日宣布,經(jīng)過數(shù)十年努力,這一由30多個(gè)國家參與建造的“人造太陽”已完成其“電磁心臟”——世界最大、最強(qiáng)的脈沖超導(dǎo)電磁體系統(tǒng)的全部組件建造。該成果被ITER稱為“里程碑式的成就”,標(biāo)志著人類向?qū)崿F(xiàn)可控核聚變能源邁出關(guān)鍵一步。

  探索可控核聚變

  ITER是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的托卡馬克裝置,旨在模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的核聚變過程,探索可控核聚變技術(shù)商業(yè)化可行性,由歐盟、中國、美國、日本、韓國、印度和俄羅斯等共同資助。

  其聚變原理是將氫同位素結(jié)合形成氦,并在過程中釋放出巨大能量——這與太陽的能量來源相同。與目前的核能發(fā)電不同,聚變不會(huì)產(chǎn)生長期的放射性廢物,而且使用的燃料在海水中含量豐富。

  ITER組織發(fā)言人拉班·科布倫茨向新華社記者介紹,該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將首先把2至3克氘氚混合氣體注入托卡馬克環(huán)形腔室,然后通電流,形成等離子體,再用磁體構(gòu)建“無形的磁籠”加以控制。此后,外部加熱系統(tǒng)將等離子體溫度升高到1.5億攝氏度,粒子高速運(yùn)動(dòng)克服電荷斥力,發(fā)生聚變,釋放巨大能量。

  在全面運(yùn)行時(shí),ITER預(yù)計(jì)僅需輸入50兆瓦的加熱功率,即可產(chǎn)生500兆瓦的聚變功率,十倍能量增益將證明聚變作為能源的可行性。

  新建成的脈沖磁體系統(tǒng)是托卡馬克裝置的“電磁心臟”。ITER組織總干事彼得羅·巴拉巴斯基說:“這非常重要,因?yàn)樵诰圩冄b置,尤其是磁約束聚變中,最重要的部件就是磁體本身?!?/p>

  這一磁體系統(tǒng)由中心螺線管和六個(gè)環(huán)形極向場磁體協(xié)同工作。中心螺線管是一塊總高18米,直徑4.25米的圓柱形磁體,磁場強(qiáng)度達(dá)13特斯拉,相當(dāng)于地球磁場的28萬倍,強(qiáng)大到足以舉起一艘航空母艦,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可承受的力相當(dāng)于航天飛機(jī)發(fā)射推力的兩倍。環(huán)形極向場磁體是直徑9至25米的超導(dǎo)磁環(huán),中國參與制造。完整組裝后的脈沖磁體系統(tǒng)重量將接近3000噸。

  “這非常了不起,我們正處于組裝階段,進(jìn)展非常順利。”巴拉巴斯基說。

  全球合作樹立典范

  巴拉巴斯基接受新華社記者采訪時(shí)說:“ITER的獨(dú)特之處不僅在于其技術(shù)的復(fù)雜性,還在于其在政治變局中得以維持的國際合作框架,其超越地緣政治取得的成就尤其引人注目?!?/p>

  作為全球最大、最復(fù)雜的科技合作項(xiàng)目之一,位于法國南部的ITER已被廣泛視為國際合作共同應(yīng)對全球挑戰(zhàn)的典范。從1985年倡議提出、2006年條約簽署,到2007年裝置建造開始、2010年場地建設(shè)開工、2020年重大工程安裝啟動(dòng),該計(jì)劃參與方并肩攜手,奮力前行。該項(xiàng)目由歐盟、中國、美國、日本、韓國、印度和俄羅斯等持續(xù)合作,數(shù)千名科學(xué)家和工程師在三大洲數(shù)百家工廠共同為之努力。磁體制造所需超導(dǎo)線材超過10萬公里,由6個(gè)國家的9家工廠生產(chǎn)。

  其中,ITER磁體饋線系統(tǒng)由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所研制,被稱為ITER磁體系統(tǒng)的“生命線”。作為ITER中國工作組重要單位之一,等離子體物理研究所承擔(dān)了超導(dǎo)體、校正場線圈、磁體饋線、電源、診斷等眾多采購包,占中國承擔(dān)ITER采購包任務(wù)的大部分。

  根據(jù)協(xié)議,成員國以建造和供應(yīng)部件的形式承擔(dān)ITER建設(shè)的大部分成本。這意味著每個(gè)成員國的融資主要用于其自身公司,用于研發(fā)生產(chǎn)ITER極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)部件。在此過程中,這些公司也推動(dòng)創(chuàng)新并積累專業(yè)知識(shí),從而構(gòu)建全球聚變供應(yīng)鏈。所有成員國均可獲得100%的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

  商業(yè)化前景可期

  “現(xiàn)在是聚變領(lǐng)域最激動(dòng)人心的時(shí)期?!庇骱泊髮W(xué)核聚變能源講席教授阿倫·巴塔查里亞接受新華社記者采訪時(shí)說,“最重要的是,這不僅僅是一兩個(gè)人、一兩個(gè)國家在做,而是全球都在朝這個(gè)方向努力,真的令人振奮?!?/p>

  過去5年,私營企業(yè)對聚變能源研發(fā)投資激增。2023年11月,ITER理事會(huì)認(rèn)識(shí)到這一趨勢帶來的價(jià)值和機(jī)遇,鼓勵(lì)I(lǐng)TER組織成員國的國內(nèi)機(jī)構(gòu)積極與私營部門合作,轉(zhuǎn)移ITER積累的知識(shí),以加速核聚變實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。2024年,ITER啟動(dòng)了與私營部門的知識(shí)共享和研發(fā)合作項(xiàng)目,今年4月還舉辦了公私合作研討會(huì),推動(dòng)聚變技術(shù)創(chuàng)新。

  不過,巴拉巴斯基告訴新華社記者,目前關(guān)于聚變能源商業(yè)化的預(yù)測存在很大差異。在最近舉行的研討會(huì)上,30家私營企業(yè)代表給出的時(shí)間從2028年到2040年不等,甚至更久。差異源于技術(shù)路徑不同,而每種方法都需解決基礎(chǔ)工程問題,因此商業(yè)化時(shí)間難以精確預(yù)測。

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