記者近日近距離參觀了我國(guó)三代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)，切身感受到了近年來(lái)我國(guó)核工業(yè)科技的飛速發(fā)展，并了解到核能三步走戰(zhàn)略對(duì)于保障我國(guó)能源安全的重要意義。

“核聚變反應(yīng)的主要原料是氘和氚，而氘在海水中的含量非常豐富。若從一升海水中提取出氘，在‘人造太陽(yáng)’裝置內(nèi)完全燃燒，就能產(chǎn)生出相當(dāng)于三百升石油的能量。我們都知道，地球表面的70%被海水覆蓋，所以核聚變的原料就相當(dāng)于是取之不盡的。”這是2018年《中國(guó)能源報(bào)》記者在某次北京科技活動(dòng)周ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃）項(xiàng)目展區(qū)所聽(tīng)到的信息。那時(shí)，作為剛?cè)胄械摹靶“住保吨袊?guó)能源報(bào)》記者第一次了解到“人造太陽(yáng)“，也在心中種下了一顆關(guān)于“核聚變”種子。

在我國(guó)第一顆原子彈成功爆炸六十周年之際，《中國(guó)能源報(bào)》記者近日跟隨“大國(guó)底氣從核來(lái)·重走核工業(yè)之路”媒體行活動(dòng)近距離參觀了我國(guó)三代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)，切身感受到了近年來(lái)我國(guó)核工業(yè)科技的飛速發(fā)展，并了解到“快堆—熱堆—聚變堆”的核能三步走戰(zhàn)略對(duì)于保障我國(guó)能源安全的重要意義。

從“一堆一器”到“多堆多器”多元應(yīng)用

北京市西南，位于房山區(qū)的中國(guó)原子能科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“原子能院”）林木蔥郁、幽靜雅致，我國(guó)原子能“一堆一器”舊址坐落于此。自1950年起，我國(guó)的核工業(yè)先驅(qū)者們就在這里開(kāi)展最神秘、最復(fù)雜的核能研究工作。

這里依然保留著上世紀(jì)建造的廠房，一棟紅色俄式樓房前，我國(guó)第一臺(tái)回旋加速器似一位沉穩(wěn)老者安靜臥立?！胺磻?yīng)堆和加速器是開(kāi)展原子能科學(xué)研究的基礎(chǔ)核設(shè)施，其在我國(guó)的國(guó)防工業(yè)、基礎(chǔ)核物理及核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有十分重要的應(yīng)用?！敝袊?guó)原子能科學(xué)研究院核技術(shù)應(yīng)用研究所高級(jí)工程師侯世剛講解到。

▲圖為我國(guó)第一臺(tái)回旋加速器。

《中國(guó)能源報(bào)》記者在原子能院了解到，建國(guó)初期，我國(guó)就認(rèn)識(shí)到發(fā)展核工業(yè)的必要性。為應(yīng)對(duì)和打破當(dāng)時(shí)他國(guó)對(duì)我國(guó)的核訛詐與核威脅，“建造第一座重水反應(yīng)堆、第一臺(tái)回旋加速器”被寫(xiě)入了我國(guó)第一個(gè)核科學(xué)發(fā)展五年計(jì)劃?！爱?dāng)時(shí)的中國(guó)百?gòu)U待興，工業(yè)條件、經(jīng)濟(jì)狀況、科研實(shí)力均比較落后，美西方對(duì)我國(guó)在經(jīng)濟(jì)方面封鎖，政治方面歧視。1955年初，我國(guó)決定從蘇聯(lián)引進(jìn)一座7000千瓦的重水型實(shí)驗(yàn)性反應(yīng)堆和一臺(tái)直徑1.2米的回旋加速器。1956年5月26日，‘一堆一器’及科研基地開(kāi)始正式興建?！焙钍绖傔M(jìn)一步講述。

經(jīng)過(guò)異常艱辛的攻關(guān)過(guò)程，1958年1月，我國(guó)第一座重水反應(yīng)堆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)；同年6月，重水反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界、回旋加速器首次提供質(zhì)子束；同年7月1日，我國(guó)第一座重水反應(yīng)堆正式建成。1958年9月，我國(guó)“一堆一器”移交生產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)正式跨入原子能時(shí)代。

“一堆一器”建成后，中國(guó)原子能科學(xué)研究院圍繞堆、器開(kāi)展了大量卓有成效的科研生產(chǎn)工作。侯世剛指出，近70年來(lái)，原子能院推進(jìn)科技創(chuàng)新，開(kāi)展一系列研發(fā)工作，為“兩彈一艇”技術(shù)攻關(guān)作出歷史性貢獻(xiàn)，也為我國(guó)反應(yīng)堆、加速器技術(shù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

▲圖為100MeV強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器。

“如1995年的30MeV回旋加速器—P-30MeV，使得我國(guó)加速器技術(shù)在放射性同位素藥物生產(chǎn)得到廣泛應(yīng)用；2014年的100MeV回旋加速器—P-100MeV，是我國(guó)首個(gè)直接模擬宇宙射線的緊湊型回旋加速器，作為當(dāng)時(shí)國(guó)際束流功率最高的回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)加速器技術(shù)跨越式發(fā)展?！敝袊?guó)原子能科學(xué)研究院副研究員管鋒平向媒體記者們介紹。

核能“三步走” 穩(wěn)步并行發(fā)展

2011年7月21日上午10時(shí)，在原子能院主控室操作員的操作下，我國(guó)首座快堆將電力源源不斷地輸送至電網(wǎng)，成功并網(wǎng)發(fā)電。這一國(guó)家“863”計(jì)劃能源領(lǐng)域重大項(xiàng)目的成功實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)的快堆技術(shù)取得了重大突破，也對(duì)促進(jìn)我國(guó)先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)、帶動(dòng)核燃料循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等具有重大支撐作用。

據(jù)了解，我國(guó)1983年在“核能發(fā)展技術(shù)政策論證會(huì)”上首次提出“熱堆-快堆-聚變堆”核能“三步走”的發(fā)展總戰(zhàn)略，其核心內(nèi)容是解決我國(guó)核能可持續(xù)發(fā)展、核燃料長(zhǎng)期安全有效供應(yīng)的問(wèn)題。

“‘熱堆—快堆—聚變堆’的核能‘三步走’戰(zhàn)略，對(duì)于保障我國(guó)的能源安全有著重要意義，是符合我國(guó)國(guó)情的核能發(fā)展戰(zhàn)略，也是能夠引領(lǐng)世界核能發(fā)展的技術(shù)方向?！敝泻思瘓F(tuán)戰(zhàn)略規(guī)劃部副主任施慶瑜指出。

▲圖為我國(guó)聚變研究早期自主研制的預(yù)試環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置和反場(chǎng)箍縮環(huán)形實(shí)驗(yàn)裝置。

多年來(lái)，熱堆、快堆、聚變堆之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、緊密銜接，支撐起我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)快步自主發(fā)展的格局。

“熱堆是最成熟并具有顯著經(jīng)濟(jì)性的核能技術(shù)，是近中期核電建設(shè)的主力堆型百年尺度能源；快堆是富有潛力的核能技術(shù)，是中遠(yuǎn)期建設(shè)的主力堆型千年尺度能源；聚變堆作為顛覆性核能技術(shù)，則是遠(yuǎn)期建設(shè)的主力堆型萬(wàn)年尺度能源?！薄吨袊?guó)能源報(bào)》記者此前從業(yè)內(nèi)專(zhuān)家處了解到，從工程化看，我國(guó)熱堆已實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?、批量化、國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，形成的研發(fā)體系、工程體系、裝備體系、人才隊(duì)伍等為快堆、聚變堆的研發(fā)設(shè)計(jì)與建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。

據(jù)施慶瑜介紹，當(dāng)前，熱堆在核能發(fā)電中的占比達(dá)90%以上，近期內(nèi)仍將是我國(guó)核電發(fā)展的主力堆型，將在支撐我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、優(yōu)化能源電力結(jié)構(gòu)、建設(shè)新型能源體系中發(fā)揮重要作用；快堆技術(shù)也通過(guò)分階段推進(jìn)，掌握了原理性技術(shù)、建成了試驗(yàn)裝置、培養(yǎng)了技術(shù)人才、拓展了研究平臺(tái)，核心技術(shù)取得重要突破?！白詤⒓覫TER計(jì)劃以來(lái)，我國(guó)的核聚變相關(guān)科研實(shí)力也得到了極大提升，核聚變技術(shù)已從跟跑到并跑，部分技術(shù)還達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，建成了以新一代人造太陽(yáng)‘中國(guó)環(huán)流三號(hào)’為代表的聚變裝置?！?br/>

持續(xù)探索能源問(wèn)題終極解決方案

成都聚變研究基地，超過(guò)2500平方米的固定展教場(chǎng)地內(nèi)，中國(guó)環(huán)流二號(hào)和中國(guó)環(huán)流三號(hào)兩座裝置并排而置。100公里外，位于成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的中國(guó)核聚變博物館內(nèi)，放置著已于2013年正式退役的中國(guó)第一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流一號(hào)。

▲圖為中國(guó)第一座“人造太陽(yáng)”裝置。

“可控核聚變是前沿的顛覆性技術(shù)，具有資源豐富、環(huán)境友好、固有安全等突出優(yōu)勢(shì)。是目前認(rèn)識(shí)到的, 可最終解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最重要途徑之一?！蔽魑镌焊痹洪L(zhǎng)劉仲華強(qiáng)調(diào)。

我國(guó)核聚變研究主要以實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兡転橹饕繕?biāo)。自上世紀(jì)中期以來(lái)，我國(guó)研究實(shí)施了一系列聚變技術(shù)攻關(guān)，先后建成多個(gè)核聚變裝置。2003年，我國(guó)加入國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，探索利用聚變能發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)可行性，是最早參與設(shè)計(jì)ITER的國(guó)家之一?！爱?dāng)前，聚變工程技術(shù)研發(fā)不斷提升，在聚變理論與物理實(shí)驗(yàn)、關(guān)鍵技術(shù)研究等方面取得階段性成果?！贝饲坝袠I(yè)內(nèi)專(zhuān)家告訴記者。

據(jù)核西物院的專(zhuān)家介紹，上世紀(jì)80年代所建成的第一代聚變平臺(tái)——中國(guó)環(huán)流一號(hào)裝置，是我國(guó)核聚變領(lǐng)域第一個(gè)國(guó)家大科學(xué)工程裝置，也是中國(guó)第一個(gè)與國(guó)際主流接軌的受控核聚變裝置，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)核聚變時(shí)代；本世紀(jì)初建成的第二代聚變平臺(tái)——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)裝置，為我國(guó)核聚變研究從原理探索到大規(guī)模裝置實(shí)驗(yàn)的跨越式發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與工程技術(shù)基礎(chǔ)，有力提升我國(guó)在國(guó)際聚變界的影響力。

▲圖為新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”裝置。

2020年，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造成功第三代聚變平臺(tái)——新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”裝置，是我國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置。2022年10月，裝置等離子體電流突破115萬(wàn)安培，創(chuàng)造了我國(guó)可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)核聚變研發(fā)面向聚變點(diǎn)火邁進(jìn)重要一步，技術(shù)水平躋身國(guó)際第一方陣；2023年8月，中國(guó)環(huán)流三號(hào)首次實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，是我國(guó)核聚變能開(kāi)發(fā)進(jìn)程中的重要里程碑，標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。

施慶瑜指出，未來(lái)，我國(guó)要加快推動(dòng)華龍一號(hào)核電機(jī)組規(guī)?；l(fā)展和優(yōu)化改進(jìn)，提高壓水堆發(fā)展效益?！鞍l(fā)揮一體化快堆和可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體作用，攻克關(guān)鍵核心技術(shù)難題，推動(dòng)核能‘三步走’戰(zhàn)略落地，支撐核強(qiáng)國(guó)和中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)?！彼f(shuō)。