近日，由我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。
　　上圖是我國(guó)科研人員通過(guò)12年時(shí)間研制成功的全新材料。不久，它就將送往歐洲參與到國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的工程建設(shè)當(dāng)中。這個(gè)工程還有一個(gè)更加形象的名字：叫做“人造太陽(yáng)”。而這塊材料，將構(gòu)成這個(gè)人造太陽(yáng)里最為核心的結(jié)構(gòu)。
　　國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，英文簡(jiǎn)稱ITER，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一。目的就是實(shí)現(xiàn)可以控制的核聚變反應(yīng)，計(jì)劃在2019年先在法國(guó)建設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)堆。由于熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆產(chǎn)生能量的原理和太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的機(jī)理相似，因此也有了“人造太陽(yáng)”的美名，而要構(gòu)建起“人造太陽(yáng)”的核心，這就需要特殊的材料筑起一道“防火墻”，來(lái)抵御裝置內(nèi)部上億度的高溫環(huán)境。
　　在整個(gè)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃中，有多個(gè)國(guó)家在研制這樣的高溫核心材料，而中國(guó)科學(xué)家承擔(dān)研制的這種材料，處于反應(yīng)堆最核心位置，直接面對(duì)高溫聚變物質(zhì)，因而被成為反應(yīng)堆的“第一壁”。ITER的設(shè)計(jì)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。
　　核工業(yè)西南物理研究院聚變堆與材料研究室主任 諶繼明：實(shí)際上ITER的專家，心里頭也沒(méi)底，到底這個(gè)能不能耐得住這個(gè)4.7兆瓦每平方米的熱度。通過(guò)我們自主研發(fā)的部件，我們成了世界上第一家通過(guò)高熱負(fù)荷實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，也可以說(shuō)我們率先拿到了生產(chǎn)許可證。所以這對(duì)ITER來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的貢獻(xiàn)。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：第一壁是ITER的一個(gè)核心部件，中方掌握這些技術(shù)，對(duì)未來(lái)咱們自主建造自己的（熱核）聚變堆，有很大的促進(jìn)作用。
　　核聚變：人類未來(lái)能源問(wèn)題的希望
　　核聚變是核能的一種重要形式之一，有人甚至說(shuō)，如果掌握了核聚變技術(shù)，人類不再需要爭(zhēng)奪能源而進(jìn)行戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)人類發(fā)展起到深遠(yuǎn)的影響。那這究竟是一種什么樣的能源呢？
　　核能是通過(guò)核反應(yīng)從原子核釋放的能量，目前，我們常見(jiàn)的核電站，利用的就是這樣的能量。只不過(guò)，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(gè)反應(yīng)過(guò)程就被成為核裂變。而正處于研究階段的核聚變，則正好相反。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：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(shí)要釋放出能量。
　　其實(shí)這樣的核反應(yīng)離我們并不遙遠(yuǎn)，每天照耀地球的太陽(yáng)，它的光和熱就來(lái)自于自身內(nèi)部緩慢持久的核聚變。因此，在人工控制下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的核聚變的設(shè)施，也就自然地被成為“人造太陽(yáng)”。和普通能源相比，核聚變的優(yōu)勢(shì)明顯，首先，燃料的來(lái)源非常豐富。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：核聚變的能源主要是氫的同位素，氘和氚的劇烈反應(yīng)。一升海水里面的氘，如果它全部聚變反應(yīng)的話，產(chǎn)生的能量相當(dāng)于燃燒三百升汽油產(chǎn)生的能量。另一個(gè)方面，它的環(huán)境可接受性比較好，因?yàn)榫圩兎磻?yīng)，產(chǎn)生的產(chǎn)物是氦，氦本身不具有放射性。
　　能量巨大又安全環(huán)保，核聚變一直以來(lái)被人們視為解決未來(lái)能源問(wèn)題的希望。早在1952年，人類就實(shí)現(xiàn)了人工核聚變，只不過(guò)使用的是這樣的方式。
　　氫彈的巨大能量正是來(lái)自核材料劇烈的聚變反應(yīng)，但這樣的瞬間釋放只能帶來(lái)毀滅性的效果，如何讓這樣的能量在人的控制下緩慢有序地釋放出來(lái)，這是在第一枚氫彈爆炸后的64年里人類一直在試圖攻克的課題。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)還有很多挑戰(zhàn)沒(méi)有解決，靠一個(gè)國(guó)家的實(shí)力來(lái)攻克，現(xiàn)在還有難度。
　　正因如此，1985年，國(guó)際上開(kāi)始倡議多國(guó)共同合作開(kāi)展受控核聚變反應(yīng)堆的研制工作，這就是后來(lái)的ITER項(xiàng)目。2006年，包括我國(guó)在內(nèi)的7個(gè)國(guó)家和地區(qū)簽訂協(xié)議，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目正式啟動(dòng)，這也是我國(guó)參與的規(guī)模最大的國(guó)際科學(xué)合作項(xiàng)目。專家表示，隨著ITER項(xiàng)目的推進(jìn)和各國(guó)自主的核聚變項(xiàng)目研究，人類有望在未來(lái)50年內(nèi)，讓這種能量巨大而又清潔安全的能源進(jìn)入千家萬(wàn)戶。
　　中國(guó)智慧讓新材料承受“太陽(yáng)”高溫
　　我國(guó)從2006年開(kāi)始正式參與到國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的項(xiàng)目，在其中我國(guó)擔(dān)負(fù)了10%的任務(wù)，而此次通過(guò)認(rèn)證的反應(yīng)堆核心材料，可以說(shuō)是難度最高的技術(shù)突破之一，在整個(gè)項(xiàng)目中，中國(guó)的科技投入和中國(guó)科研人員的智慧，為項(xiàng)目的推進(jìn)作出了重要的貢獻(xiàn)。
　　2006年，我國(guó)正式加入國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆項(xiàng)目，接受了研制熱核聚變反應(yīng)堆核心部件的工作。反應(yīng)堆中的聚變物質(zhì)時(shí)刻釋放著高強(qiáng)度的熱輻射，如果這些材料性能不佳，要么就被高溫瞬間融化，要么就會(huì)讓反應(yīng)堆這座鍋爐熄滅。為此，研制人員想到了一種特殊的結(jié)構(gòu)，把熱量及時(shí)地傳走。
　　這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(yīng)堆內(nèi)直接面對(duì)高溫聚變材料的，如果它和銅合金的貼合不夠緊密，就無(wú)法達(dá)到隔熱防護(hù)的效果。國(guó)外專家試圖用普通焊接的方法解決這個(gè)問(wèn)題，但試驗(yàn)終告失敗。而中國(guó)的科研人員，想到了全新的辦法。
　　核工業(yè)西南物理研究院第一壁生產(chǎn)車間負(fù)責(zé)人楊波：把它放在一個(gè)真空的包裝套里頭，放在這個(gè)我們這個(gè)熱等靜壓機(jī)器設(shè)備里頭，然后灌注氬氣，不斷地給它進(jìn)行加壓和加溫。材料之間就會(huì)在這種高溫和高壓的情況下進(jìn)行結(jié)合。
　　楊波和同事們想到的這個(gè)辦法，類似于把材料放到一個(gè)高壓鍋里，靠壓力和溫度把兩個(gè)材料燒在一起。理論上行得通，但實(shí)際做起來(lái)，加多少壓，用多高的溫度，出來(lái)的材料才能完美無(wú)瑕，都需要一次次試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。一次次的打擊讓研究團(tuán)隊(duì)沮喪失望，但沒(méi)有任何人提出過(guò)放棄。
　　核工業(yè)西南物理研究院第一壁生產(chǎn)車間負(fù)責(zé)人楊波：我們沒(méi)有絕望的時(shí)候，只是覺(jué)得它肯定有什么地方不對(duì)，過(guò)程控制好，我們相信絕對(duì)會(huì)成功。
　　三年的刻苦攻關(guān)，科研人員終于燒制出了完全合格的產(chǎn)品。在國(guó)外機(jī)構(gòu)的測(cè)試中，這套工藝制造出來(lái)的材料，經(jīng)歷了7500次的高低溫循環(huán)，甚至在高于考核標(biāo)準(zhǔn)的熱量考驗(yàn)下都一次通過(guò)了測(cè)試。這樣的成就，讓楊波和同事們感受到了整個(gè)合作項(xiàng)目中的變化。
　　核工業(yè)西南物理研究院第一壁生產(chǎn)車間負(fù)責(zé)人楊波：以前我們跟別人交流的話，我們是想看別人到底有什么成功的一些經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在反過(guò)來(lái)，也有很多國(guó)外的同事向我們打聽(tīng)，你們是什么地方做的好。
　　核工業(yè)西南物理研究院聚變堆與材料研究室主任諶繼明：在參加ITER之初，我們比國(guó)外落后20年，到2010年左右，我們追趕上了，我們和他們齊頭并進(jìn)了。到現(xiàn)在我們率先通過(guò)了國(guó)際認(rèn)證，這事實(shí)證明，我們確實(shí)在某些方面已經(jīng)開(kāi)始領(lǐng)跑了。
　　神秘的圓環(huán)——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)
　　在參與國(guó)際合作共同研制核聚變裝置的同時(shí)，我國(guó)自主的核聚變研究也在加速推進(jìn)，并且建成了一批具有國(guó)際一流水平的核聚變?cè)囼?yàn)裝置。我們的記者也對(duì)其中一臺(tái)進(jìn)行了探訪，這座名叫中國(guó)環(huán)流器二A的實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)在核聚變多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)上取得了國(guó)際矚目的成果。
　　這個(gè)巨大的裝置叫做中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A托克馬克裝置，它就相當(dāng)于是一個(gè)未來(lái)的核聚變反應(yīng)堆的一個(gè)雛形，而它身上的很多技術(shù)都標(biāo)志著中國(guó)的核聚變研究達(dá)到了世界領(lǐng)先的水平。　
　　核聚變反應(yīng)需要把核燃料加熱到上億度的高度，這個(gè)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(wèn)題。科學(xué)家們想到用磁場(chǎng)把這些材料束縛起來(lái)，讓它們乖乖地在一個(gè)環(huán)形的空間里飛行不和材料接觸，因此，全新的反應(yīng)堆芯結(jié)構(gòu)就此誕生。
　　核工業(yè)西南物理所聚變科學(xué)所副所長(zhǎng) 許敏：托克馬克它的意思呢就是具有線圈和磁場(chǎng)的環(huán)形真空室，就簡(jiǎn)單說(shuō)它就像一個(gè)那個(gè)輪胎型真空室。
　　因?yàn)檫€是一個(gè)試驗(yàn)裝置，這臺(tái)中國(guó)環(huán)流器2號(hào)A對(duì)內(nèi)部溫度的加熱還只能達(dá)到5500萬(wàn)度，但這已經(jīng)是太陽(yáng)核心溫度的幾倍了。為了把這個(gè)人造小太陽(yáng)點(diǎn)亮，工作人員想盡了一切辦法。
　　核工業(yè)西南物理所聚變科學(xué)所副所長(zhǎng)許敏：做法就是產(chǎn)生微波和電子回旋的波，然后通過(guò)傳輸線，最后注入到真空室里邊去，等離子吸收這些微波以后，它的溫度自然就會(huì)升上來(lái)。從這個(gè)原理上講跟微波爐非常的像，但功率要大的多。這邊注入進(jìn)去總共是5個(gè)兆瓦，微波爐通常是千瓦。
　　正是有了這樣強(qiáng)大的能力，中國(guó)環(huán)流器二A將我國(guó)核聚變?cè)囼?yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的溫度大幅提高，并在多個(gè)國(guó)際核聚變研究的前沿領(lǐng)域得到了大量開(kāi)創(chuàng)性的成果，而它本身，也是中國(guó)參與國(guó)際核聚變合作的重要平臺(tái)。
　　核工業(yè)西南物理所聚變科學(xué)所副所長(zhǎng)許敏：有一些技術(shù)是我們?cè)瓌?chuàng)，然后推出去的。有一些技術(shù)是我們通過(guò)跟國(guó)際合作學(xué)回來(lái)的。所以實(shí)際上是大家都共同在進(jìn)步。從這個(gè)層面上講，我們國(guó)內(nèi)的核聚變的研究水平，也在慢慢地趕上甚至超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。
　　ITER：多國(guó)攜手挑戰(zhàn)世紀(jì)難題
　　1952年人類利用核聚變?cè)嚤说谝活w氫彈，但至今，和平利用核聚變依然是人類追求的遙遠(yuǎn)目標(biāo)，預(yù)計(jì)核聚變的商業(yè)運(yùn)營(yíng)要到本世紀(jì)的中葉，也就是在人類試爆氫彈的100年后。可以說(shuō)受控核聚變是人類的世紀(jì)難題，而國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，也就是ITER計(jì)劃，則是人類聯(lián)手挑戰(zhàn)這個(gè)世紀(jì)難題，走出的重要一步。
　　上圖就是位于法國(guó)的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的工程施工現(xiàn)場(chǎng)，它的英文簡(jiǎn)稱叫做ITER，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，由中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、歐盟、日本、韓國(guó)、印度7個(gè)國(guó)家和地區(qū)參與，建造周期約需10年，耗資超過(guò)百億美元。ITER是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變的試驗(yàn)裝置，按照計(jì)劃，它將在2019年建成，2035年實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火運(yùn)行，成為未來(lái)商用核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的制造樣板。
　　2003年1月，ITER計(jì)劃談判正式啟動(dòng)。2006年5月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)ITER談判聯(lián)合小組代表我國(guó)政府與參與國(guó)共同草簽了ITER計(jì)劃協(xié)定，這七方包括了全世界主要的核國(guó)家，覆蓋的人口接近全球一半。每個(gè)國(guó)家承擔(dān)整個(gè)工程中的一部分工作量，我國(guó)的貢獻(xiàn)份額約占整個(gè)ITER研制工作的10%。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：這個(gè)10%實(shí)際上其中主要部分是實(shí)物貢獻(xiàn)，也就是說(shuō)ITER它是一個(gè)聚變實(shí)驗(yàn)堆，那堆有很多部件構(gòu)成，那中方承擔(dān)了其中部分部件的技術(shù)的研發(fā)到生產(chǎn)制造。最后在中國(guó)做好以后，運(yùn)到現(xiàn)在的ITER的總部法國(guó)去。按照設(shè)計(jì)要求，作為聚變能實(shí)驗(yàn)堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達(dá)837立方米的磁籠中，產(chǎn)生50萬(wàn)千瓦的聚變功率，持續(xù)時(shí)間達(dá)500秒。盡管50萬(wàn)千瓦熱功率僅相當(dāng)于一個(gè)小型熱電站的水平，但這將是人類掌握并商業(yè)運(yùn)用核聚變的關(guān)鍵一步。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，ITER也將成為促進(jìn)我國(guó)自主核聚變反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)的重要力量。
　　核工業(yè)西南物理研究院副院長(zhǎng) 段旭如：通過(guò)參加ITER計(jì)劃，我們要掌握未來(lái)聚變堆怎么去設(shè)計(jì)，對(duì)我們今后百分之百掌握這個(gè)技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)未來(lái)咱們自主建造自己的聚變堆有很大的這個(gè)促進(jìn)作用。（來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)）