核聚變領域獲重大突破！我國新一代“人造太陽”首次放電

李迪 科技日報記者 盛利

“1號電機、2號電機轉速1480轉每分鐘，系統準備就緒；4號電機轉速400轉每分鐘，系統準備就緒……中國環流器二號M裝置首次等離子體放電實驗開始！”12月4日14時02分，位於四川成都的中核集團核工業西南物理研究院內，中國環流器指揮控制中心大屏幕上的藍色電光閃爍。

新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝置(HL-2M)正式建成並實現首次放電。這標誌着我國自主掌握了大型先進託卡馬克裝置的設計、建造、運行技術，將為我國核聚變堆的自主設計與建造打下堅實基礎。

放電温度可達太陽芯部温度近10倍

核聚變並不神秘，只要將氫的同位素氘和氚的原子核無限接近，使其發生聚變反應，就能釋放出巨大能量。其原理看似簡單，但要讓聚變反應持續可控，可以説難於上青天。

該項目負責人劉永説，要實現可控核聚變反應，必須滿足三個苛刻條件：

一是温度要足夠高，使燃料變成超過1億攝氏度的等離子體；

二是密度要足夠高，這樣兩原子核發生碰撞的概率就大；

三是等離子體在有限的空間裏被約束足夠長時間。

而此次新建成的中國環流器二號M裝置，於2009年由國家原子能機構批覆立項，由中核集團核工業西南物理研究院自主設計建造，是我國目前規模最大、參數最高的先進託卡馬克裝置，是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置。

其等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上，等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上，等離子體離子温度可達到1.5億度，能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行。

“放電是為了使HL-2M真空室內的氣體變成等離子體態，我們科研人員將在這個裝置上進行不同種類的放電，最終目標是讓足夠多的等離子體被加熱到1億度以上。我們太陽芯部温度是1500萬到2000萬度，這相當於太陽芯部温度的近10倍。等離子體只有被加熱到了1億度以上才可能實現可控核聚變。”相關研究人員表示。

實現多項突破 貢獻“中國核聚變”智慧

在HL-2M裝置建設過程中，核工業西南物理研究院聯合國內多家研製單位，不斷挺進科研“無人區”。在裝置物理與結構設計、特殊材料研製、材料連接與關鍵部件研發、總裝集成等方面取得了多項突破，實現了可拆卸線圈結構，增強了控制運行水平，提升了裝置物理實驗研究能力。

研發團隊先後攻克了高鎳合金雙曲面薄壁件大型真空容器模壓成型和焊接變形控制等關鍵技術；掌握了具有國際先進水平的異形銅合金厚板材製造成型工藝，實現了高強度膨脹螺栓組件的自主國產化；研製成功國際先進水平的國內首台大型立軸脈衝發電機組。

以該項目中研製成功的國內首台大型立軸脈衝發電機組為例，其研發團隊首創了多項特有技術，攻克了六相大電流發電機、大慣量高速轉子、寬頻變化控保系統等技術難題，在研製過程中形成了一批擁有自主知識產權的創新成果。

在我國核能發展實施“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰略中，將聚變能作為解決能源問題的最終一步。開發核聚變能不僅是解決我國能源戰略需求的途徑，對我國未來能源與國民經濟的可持續發展具有重大戰略意義。

“瞄準本世紀中葉實現聚變能應用的目標，HL-2M裝置是實現我國核聚變技術高質量發展的重要依託，將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關關鍵技術達到國際先進水平，成為中國攜手世界核聚變能開發的國際合作平台。”該項目相關負責人表示,未來HL-2M裝置將面向全球吸引和集聚國際核聚變高端人才，培養造就一批具有國際水平的核聚變科技領軍人才與高水平的創新團隊，形成一批具有國際影響力的標誌性科技成果，為人類核聚變事業貢獻中國智慧和中國力量。