中國環(huán)流器二號M裝置。
實時監(jiān)控大屏上一道電光閃過，稍作間歇又是一道，頻繁閃爍……在成都西南角，我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”(HL-2M)4日正式建成放電，標志我國正式跨入全球可控核聚變研究前列，HL-2M將進一步加快人類探索未來能源的步伐。
新一代“人造太陽”
首次放電
不管是《流浪地球》里推動地球遠離太陽系的行星發(fā)動機，還是“鋼鐵俠”胸口正中那顆釋放巨大能量的斯塔克之心，“核聚變反應(yīng)”這個命題在人類對未來的暢想中始終占有重要地位。
被重視的道理很簡單，太陽之所以能夠持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，正是因為它時刻發(fā)生著核聚變反應(yīng)。人類是否可以利用核聚變這個原理，在地球上建一個能夠可控輸出能量的裝置呢?
為開發(fā)未來的新能源，積極開展磁約束核聚變研究，由中核集團核工業(yè)西南物理研究院(核西物院)承擔的中國環(huán)流器二號裝置項目，是我國大型常規(guī)磁體托卡馬克聚變研究裝置。該裝置意在通過可控熱核聚變方式，給人類帶來幾乎無限的清潔能源，俗稱“人造太陽”。
2020年12月4日14時02分，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成并實現(xiàn)首次放電，標志著中國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設(shè)計、建造、運行技術(shù)，為我國核聚變堆的自主設(shè)計與建造打下堅實基礎(chǔ)。
“核聚變由氘、氚離子聚合成氦，聚合中損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為超強能量，這和太陽發(fā)光發(fā)熱原理相同，所以可控核聚變研究裝置又被稱為‘人造太陽’。”中核集團核工業(yè)西南物理研究院聚變科學所所長許敏介紹，“HL-2M是我國規(guī)模最大、參數(shù)最高的‘人造太陽’。”
可控核聚變需要超高溫、超高密度等條件，多采用先進托卡馬克裝置，通過超強磁場將1億攝氏度的等離子體約束在真空室內(nèi)，達到反應(yīng)條件。目前全球在共同探索其實現(xiàn)方法，建造模擬實驗平臺。HL-2M是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的模擬核聚變研究裝置。
該裝置采用更先進的結(jié)構(gòu)與控制方式，等離子體體積達到國內(nèi)現(xiàn)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，等離子體離子溫度可達1.5億度，能實現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運行，是實現(xiàn)我國核聚變能開發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置，也是我國消化吸收ITER(國際熱核聚變實驗堆計劃)技術(shù)不可或缺的重要平臺。
關(guān)鍵技術(shù)
達到國際先進水平
該項目于2009年由國家原子能機構(gòu)批復立項，由中國核工業(yè)集團核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計建造。作為核工業(yè)主管部門，國家原子能機構(gòu)通過強化科研投入和研發(fā)能力建設(shè)等，全力推動核聚變相關(guān)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究。近年來國家原子能機構(gòu)創(chuàng)新管理模式，賦予科研院所自主權(quán)和決定權(quán)，持續(xù)穩(wěn)定支持核聚變基礎(chǔ)性、前瞻性研究，催生一大批原創(chuàng)性、前沿性成果。
聚變科學所總工程師楊青巍說：“國際上等離子體的磁約束時間大約不到1秒，HL-2M可實現(xiàn)10秒，對超高溫等離子體的磁現(xiàn)象、流體不穩(wěn)定性、約束湍流等前沿研究具有重大意義。它也是國際熱核聚變實驗堆計劃的重要支撐。”
此前，中核集團先后發(fā)展了多種類型的磁約束聚變研究裝置，建成了中國環(huán)流器一號、新一號和二號A裝置等三大國家重要科研設(shè)施，并取得了系列重大科研成果，樹立了中國核聚變研究史上的一座座豐碑，為我國聚變能的發(fā)展奠定了堅實的科學工程技術(shù)與人才基礎(chǔ)。
在HL-2M裝置建設(shè)過程中，核工業(yè)西南物理研究院聯(lián)合國內(nèi)多家研制單位，在裝置物理與結(jié)構(gòu)設(shè)計、特殊材料研制、材料連接與關(guān)鍵部件研發(fā)、總裝集成等方面取得了多項突破，實現(xiàn)了可拆卸線圈結(jié)構(gòu)，增強了控制運行水平，提升了裝置物理實驗研究能力;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(guān)鍵技術(shù);掌握了具有國際先進水平的異形銅合金厚板材制造成型工藝，實現(xiàn)了高強度膨脹螺栓組件的自主國產(chǎn)化;研制成功國際先進水平的國內(nèi)首臺大型立軸脈沖發(fā)電機組。
以HL-2M裝置建設(shè)為牽引，西物院掌握的特種材料、關(guān)鍵設(shè)備、極端條件精密制造等關(guān)鍵技術(shù)，已形成“同步輻射”效應(yīng)，在航空、航天、電子等前沿領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用。HL-2M裝置是實現(xiàn)我國核聚變技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展的重要依托，將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)達到國際先進水平，成為中國攜手世界核聚變能開發(fā)的國際合作平臺。
華西都市報-封面新聞記者 楊晨 綜合新華社
