“四川智慧”破解世界最大科學合作工程核心部件

人造太陽有望2050年點亮你家燈泡

想象著有一天，當地球資源面臨枯竭的時候，人類是否可以使用“人造太陽”來獲取能源？

一個集結了包括中國在內的30多個國家的頂尖科學家，目前世界上最大的科學合作工程——國際熱核聚變實驗堆計劃(簡稱“ITER”)正在有條不紊地進行著。由于項目模擬自太陽內部的核聚變原理，這個工程還有一個更加形象的名字：“人造太陽”。

視線轉移到成都，在雙流區黃荊路5號——核工業西南物理研究院，一個多達500人的團隊正在為這個項目夜以繼日地忙碌著。

去年10月，由“四川團隊”自主研發制造的國際熱核聚變核心部件“第一壁”，在國際上率先通過權威機構認證。這是“四川智慧”對這個被譽為人類歷史上偉大事業之一的項目做出的重大貢獻。

10月20日，封面新聞-華西都市報記者走進這個團隊，深度探訪“人造太陽”項目背后的“四川力量”。

承擔著為了人類未來的百年甚至幾百年尋找新型清潔能源的使命，涉及30多個國家，世界上最大的科學合作工程——國際熱核聚變實驗堆計劃(簡稱“ITER”)正在多個國家進行著。ITER實驗堆建在法國，建造預算約55億美元；技術方面，中國將承擔其中約9%的研發制造任務——由核工業西南物理研究院、中科院等離子體物理研究所等單位科學家具體承擔。其中，位于成都的核工業西南物理研究院承擔了其中約一半部件研發的重任。什么是“人造太陽”？它將如何解決人類能源的終極問題？請掃碼下載并登錄封面新聞APP，跟隨鏡頭，一同感受這項偉大的科學計劃背后的“四川力量”。

能量之大

攻關1億℃高溫 實現等離子體可控核聚變

萬物生長靠太陽。作為太陽系的主星，太陽內部時刻不停地發生著核聚變反應，為地球提供了源源不斷的光和熱。

怎樣才能實現“人造太陽”？科學家想了一個辦法，就是把一團上億℃的等離子體火球，用磁場把它懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸。這時，就可以對它加熱、控制，進而實現“受控的核聚變”，實現“人造太陽”。

等離子體天性“放蕩不羈”，更喜歡漂泊不定。如何讓其乖乖“受控”？在核工業西南物理研究院，有一個專門的裝置來盛放這一團火球，它就是中國環流器二號A托卡馬克裝置。其主體呈甜甜圈狀，邊緣四周延伸出數十個“觸角”，形似一顆顆星星。裝置內部，由無數根銅導體線圈產生一個封閉的磁場，用來約束分散等離子體的行為。

如果把試驗裝置看成一個微波爐，核工業西南物理研究院研究員、高級工程師黃梅的工作就是不斷給這個裝置加溫。給微波爐加溫的方式有很多種，黃梅的方式是其中一種，叫“電子回旋波加熱”。“簡單的說，就是通過微波注入等離子體，給微波爐添把火，讓內部溫度不斷升高，從而讓食物更快熟透。”

目前，托卡馬克裝置的溫度已升至5500萬℃，這是迄今為止國內裝置達到的最高溫度。“要實現受控核聚變反應，必須達到上億℃以上高溫，以及足夠高的密度等，如果因某種原因導致條件不能滿足，聚變反應就會停止。”對于黃梅來說，如何持續給裝置加溫，達到“點火”要求，是他們還將繼續面臨的一個課題。

40萬億噸氘 將解決人類能源問題

上百人的團隊，圍坐在操作大廳里。對著面前兩塊超大屏幕，觀測著相關參數的變化，眼睛都不敢亂眨，生怕漏過任何蛛絲馬跡。

這種高度緊張的狀態，工作十年，鐘武律每年都要經歷兩輪。通常是3月至5月的春季實驗、11月到接近農歷新年的冬季實驗。每一次實驗，內部人員稱之為“一炮”。每次實驗由于耗電量非常大，放炮時間通常1至2秒。

作為等離子體診斷的“專職醫生”，鐘武律通過每一次實驗，發現等離子在約束過程的變化。兩次放炮間隔很短，只有8分鐘。因此，他們必須在8分鐘內，做出判斷并且調整相關參數的設置。“離子體的變化是非常快的，達到微秒或者毫秒級別。”因此，在行業里有句話，做等離子的分析和物理實驗，沒干夠5年，根本摸不著邊。類似鐘武律這樣的工作，還有更龐雜的分工。

如此繁復、浩瀚，為什么要啟動“人造太陽”計劃？在業內人士看來，核能包含兩種方式：核裂變和核聚變。原子彈就是利用的核裂變的原理；氫彈、太陽則是核聚變的原理。人造太陽項目，也就是“受控熱核聚變能源”，由于其固有的安全性、無污染的優越性、燃料資源豐富等特點，被認為是人類最理想的潔凈能源。

核工業西南物理研究院聚變科學所副所長許敏進一步解釋說，最容易實現的核聚變能源來自氫的同位素，氘和氚的劇烈反應。一公升海水里提取出的氘，完全聚變反應可釋放相當于燃燒300升汽油的能量。科學家初步估計，地球上的海水中蘊藏了大約40萬億噸氘。另一方面，它的環境可接受性比較好，因為聚變反應，產物是氦，其本身不具有放射性。在科學家們看來，核聚變一直以來被人們視為解決未來能源問題的希望。

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創新驅動經濟轉型

到2020年科技進步對四川經濟增長貢獻率達60%

殲10、C919、翼龍無人機等大批舉世矚目的成就，都來自于“四川造”。“北斗”衛星移動通信系統、三代核電技術等一批重大關鍵共性技術取得突破，電子信息、航空航天、核技術等領跑全國。參與的國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃取得積極進展，納米膜層制備、復合材料工藝集成等關鍵技術達到國際領先水平……以創新驅動發展，四川正全力打造經濟發展的新引擎，新動力。

今年初出臺的《四川省“十三五”科技創新規劃》提出，到2020年，我省科技實力和創新能力大幅躍升，全面創新改革試驗取得重要階段成果，科技體制改革取得重大突破，大眾創業、萬眾創新蓬勃開展，全省總體進入創新驅動發展階段，創新型經濟格局初步形成，加快建成國家創新驅動發展先行省和創新型四川。到“十三五”末，全社會研發經費支持占地區生產總值比例將達2.0%；規模以上工業企業研發投入占主營業務收入比例提高到0.8%；每萬人發明專利擁有量7.5件；每萬名就業人員中R&D(研究與開發)人員數達32人年/萬人；技術市場交易額達400億元；具備基本科學素養的公民比例達8%；高新技術企業達5000家，高新技術產業總產值規模超2萬億元，其中工業總產值占規上工業總產值比重超30%；科技進步對經濟增長貢獻率達60%。

什么是人造太陽？

把一團上億℃高溫的等離子體火球，用磁場懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸。再對它加熱、控制，進而實現“受控的核聚變”，從而實現“人造太陽”。

核工業西南物理研究院聚變科學所副所長許敏：

研究“人造太陽”的過程中，會產生大量的前沿尖端技術，期待燈泡被核聚變點亮。

“人造太陽”核心部件中方項目總工程師王平懷：

及時傳走熱量需要一種特殊的結構，僅僅是攻克的兩種材料連接工藝，項目組提交了多達十幾項國家專利申請。

核工業西南物理研究院研究員、高級工程師黃梅：

等離子體天性“放蕩不羈”，中國環流器二號A托卡馬克裝置專門用來約束分散等離子體的行為。

等離子體診斷“專職醫生”鐘武律：

離子體的變化達到微秒或者毫秒級別，必須在實驗間隔的8分鐘內，做出判斷并且調整相關參數的設置。

表情之變

冷靜、堅毅，不茍言笑。“人造太陽”核心部件“第一壁”的中方項目總工程師王平懷，有著一張標準的“科學臉”，亦或是“工科男”面孔。任何的外界喧囂，很難在他臉上驚起太大的波瀾。開口說話時，那種嚴謹到極致的風格，讓急于在談話中尋找爆點的傾聽者，忍不住抓狂。只有當提到“第一壁”時，他的表情才會像解凍的春水，慢慢舒展，臉上流露出無法掩飾的喜悅，一圈圈地蕩漾開來。去年12月，由王平懷團隊自主研發制造的國際熱核聚變核心部件“第一壁”，在國際上率先通過權威機構認證。讓中國落后于美國20年的技術，一躍從“跟跑”實現了“領跑”。