中國核聚變技術后來居上

2016/10/10 11:16:38

核能，在改變世界的同時，也成為了一柄懸在人類頭頂的“達摩克利斯之劍”。

與此同時，科學家們也在試圖探索利用核聚變能這一新的能源。

尋找能源新出路

“核裂變已經被人類利用發電，但裂變堆的核燃料蘊藏極為有限，放射性核廢料的處理也是難題。”日前，中科院合肥研究院等離子體所常務副所長宋云濤在接受《中國科學報》記者采訪時說，“相比之下，核聚變能與太陽產生的能量方式相同，原料豐富且不會產生污染，安全系數要高出很多。”

核聚變能是用從海水中提煉氫的同位素氘、氚作為燃料，原料豐富且不會產生污染。“核聚變比裂變產生的能量更加巨大，而且沒有放射性，可通過熄滅等離子體的方法終止核反應。”中科院等離子體所研究員徐國盛說，核聚變能可謂是一種取之不盡用之不竭的新能源。

“如果人類掌握了核聚變能源，將擁有可使用上十億年的清潔能源。”徐國盛說，因此受控熱核聚變實驗裝置被人們稱之為“人造太陽”，是地球尋找能源出路的希望。

難以利用的家伙

盡管核聚變是一種幾乎完美的能源形式，但上帝并不愿把它輕易賜予人類。

“獲得核聚變能非常困難，很多關鍵技術都有待進一步研發。”徐國盛說。

比如，核聚變反應要在極高溫度下才能發生，要想發生聚變就需要把氘氚燃料的溫度加熱到1億攝氏度。此外，科學家還面臨著等離子體湍流造成的反常輸運以及如何控制各種不穩定性等一系列難題。

“關鍵是如何用一個裝置來維持核聚變反應所需的等離子體狀態。”中科院合肥研究院副院長、等離子體所所長萬寶年研究員告訴《中國科學報》記者，當前國際熱門的核聚變實驗裝置WEST、EAST，均屬超導“托卡馬克”類型。

然而，無論是WEST還是EAST，若想實現核聚變，裝置必須滿足兩個條件。“裝置系統要同時實現長脈沖和超高溫兩方面的需求，而且所有的部件都必須能夠主動冷卻。”萬寶年解釋說。

遺憾的是，目前國際上能夠進行長脈沖核聚變實驗的裝置并不多，而能實現長脈沖加熱的則更是少之又少。萬寶年介紹，國際上現有的托克馬克裝置大部分都屬于短脈沖，只能維持10秒、20秒。

“WEST、EAST都是能實現長脈沖，但是還需要有長脈沖的加熱技術。”萬寶年表示，中國在加熱技術上已經取得了一定成果，通過國際合作，將會為未來核聚變能的發展奠定基礎。

中國學者在努力

從當年加入國際熱核聚變反應堆(ITER)計劃，到現在的獨立開展核聚變實驗裝置建設和研究，在核聚變之路上，中國正在實現從“追趕者”到“領跑者”的轉身。

2006年9月，中國自主設計建造的EAST建成，并完成了首次成功放電，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。與國際同類實驗裝置相比，它使用資金最少、建設速度最快、投入運行最早、運行后獲得等離子放電最快。《自然》和《科學》分別對中國學者的努力作出高度評價：“中國創造了聚變歷史”“這里科學價值得到極大體現”。同年，中國被ITER計劃吸納為七方合作成員之一。

今年2月，EAST物理實驗實現電子溫度超過五千萬攝氏度持續102秒的超高溫長脈沖等離子體放電。4月底，我國首次向法國出口核聚變工程技術，為法國核聚變研究實驗裝置提供關鍵部件。

“過去都是西方給我們研制裝備，現在反過來，我們來幫他們研制裝備。”中科院合肥研究院院長匡光力說：“如果我們自己沒有很好的表現，人家也不會花大價錢來合作。”

不僅如此，這里也變成了一塊吸引人才的磁石。“現在每年上千人次的國外科學家來等離子體所開展國際合作。十年前，還是我們遠赴國外跟人家學習。”宋云濤說。