新一代“人造太阳”放电贡献“中国核聚变”智慧

来源:科技日报 2020-12-07 09:19 /

　　“1号电机、2号电机转速1480转每分钟，系统准备就绪；4号电机转速400转每分钟，系统准备就绪……中国环流器二号M装置首次等离子体放电实验开始！”12月4日14时02分，位于四川成都的中核集团核工业西南物理研究院内，中国环流器指挥控制中心大屏幕上的蓝色电光闪烁。新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电。这标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，将为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。

　　放电温度可达太阳芯部温度近10倍

　　核聚变并不神秘，只要将氢的同位素氘和氚的原子核无限接近，使其发生聚变反应，就能释放出巨大能量。其原理看似简单，但要让聚变反应持续可控，可以说难于上青天。

　　该项目负责人刘永说，要实现可控核聚变反应，必须满足三个苛刻条件：一是温度要足够高，使燃料变成超过1亿摄氏度的等离子体；二是密度要足够高，这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。

　　而此次新建成的中国环流器二号M装置，于2009年由国家原子能机构批复立项，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计建造，是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。其等离子体体积达到国内现有装置2倍以上，等离子体电流能力提高到2.5兆安培以上，等离子体离子温度可达到1.5亿度，能实现高密度、高比压、高自举电流运行。

　　“放电是为了使HL-2M装置真空室内的气体变成等离子体态，我们科研人员将在这个装置上进行不同种类的放电，最终目标是让足够多的等离子体被加热到1亿摄氏度以上。我们太阳芯部温度是1500万到2000万摄氏度，这相当于太阳芯部温度的近10倍。等离子体只有被加热到了1亿摄氏度以上才可能实现可控核聚变。”相关研究人员表示。

　　实现多项突破贡献“中国核聚变”智慧

　　在HL-2M装置建设过程中，核工业西南物理研究院联合国内多家研制单位，不断挺进科研“无人区”。在装置物理与结构设计、特殊材料研制、材料连接与关键部件研发、总装集成等方面取得了多项突破，实现了可拆卸线圈结构，增强了控制运行水平，提升了装置物理实验研究能力。

　　研发团队先后攻克了高镍合金双曲面薄壁件大型真空容器模压成型和焊接变形控制等关键技术；掌握了具有国际先进水平的异形铜合金厚板材制造成型工艺，实现了高强度膨胀螺栓组件的自主国产化；研制成功国际先进水平的国内首台大型立轴脉冲发电机组。

　　以该项目中研制成功的国内首台大型立轴脉冲发电机组为例，其研发团队首创了多项特有技术，攻克了六相大电流脉冲发电机、大惯量高速转子、宽频变化控保系统等技术难题，在研制过程中形成了一批拥有自主知识产权的创新成果。

　　在我国核能发展实施“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略中，将聚变能作为解决能源问题的最终一步。开发核聚变能不仅是解决我国能源战略需求的途径，对我国未来能源与国民经济的可持续发展具有重大战略意义。

　　“瞄准本世纪中叶实现聚变能应用的目标，HL-2M装置是实现我国核聚变技术高质量发展的重要依托，将使我国堆芯级等离子体物理研究及相关关键技术达到国际先进水平，成为中国携手世界核聚变能开发的国际合作平台。”该项目相关负责人表示，未来HL-2M装置将面向全球吸引和集聚国际核聚变高端人才，培养造就一批具有国际水平的核聚变科技领军人才与高水平的创新团队，形成一批具有国际影响力的标志性科技成果，为人类核聚变事业贡献中国智慧和中国力量。（李迪本报记者盛利）

原标题：我国新一代“人造太阳”首次放电

责任编辑：曾少林