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本世紀中葉核聚變能可實現應用

——訪全國政協委員、中核集團核聚變領域首席專家段旭如

在科幻作品中，核聚變一直是經久不衰的話題。如在今年年初上映的電影《流浪地球2》中，就有著不少關于核聚變技術應用的鏡頭。那么在現實生活中可控核聚變的研究進展情況如何？科幻作品中展現出的行星發動機等核聚變應用場景能否在未來成為現實？在今年全國兩會召開期間，中能傳媒記者專訪了全國政協委員、中核集團核聚變領域首席專家段旭如，他認為，基于目前聚變技術的發展情況，約三十年的時間，也就是到本世紀中葉，核聚變能可實現應用。

中能傳媒：您今年的提案關注點有哪些？

段旭如：我今年全國兩會的提案主要是關于我國核事業與核能高質量發展的相關建議，包括設立國家“核科學日”及充分發揮核科技工業體系作用推進我國核聚變能研發高質量發展等內容。

其中，建議設立國家“核科學日”，將有益于加強核科普工作，讓公眾正確了解核、認識核、接受核，并激發青少年喜愛核科學的興趣，同時將有助于激勵核事業工作者，對我國核事業的發展具有非常重要的現實意義和深遠影響。

在推進我國核聚變能研發高質量發展方面建議充分發揮核科技工業體系的作用，主要是考慮到目前核聚變能研發已走入發展聚變堆核工程與技術階段，因此應充分發揮我國核科技工業體系的作用，吸引更多有豐富經驗的核工程技術力量共同參與，彌補現有聚變研發力量在聚變堆核工程等方面經驗與技術的不足，為早日實現聚變能技術高水平自立自強、加速聚變能研發高質量發展、助推“雙碳”目標的實現貢獻聚變力量。

中能傳媒：今年大年初一上映的電影《流浪地球2》在網絡上引發熱議，電影中提及的行星發動機其原理就是核聚變，您如何看待這一科幻方向？在您來看，電影中展現出的行星發動機等核聚變應用場景在未來能否成為現實？

段旭如：《流浪地球2》這部開年科幻電影非常震撼，利用核聚變作為能源來驅動龐大的行星發動機，這是科幻作者天馬行空的想象，更是作者對未來科技的期待，特別是對解決人類未來能源問題的根本途徑——核聚變能的期待。

迄今為止，人類可控核聚變技術突破令人鼓舞，在實驗室已獲得核聚變能量增益超過1。正如人們了解的，可控核聚變具有資源豐富、環境友好、固有安全等突出優勢，1升水中含有的氘全部聚變反應產生的能量相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。據估計，僅在海洋中含有的氘，作為核聚變燃料足夠人類使用上億年。因此，未來可控核聚變技術一旦實現應用，像海水淡化、星際旅行等因耗能巨大而望而卻步的工程均有望在核聚變的支持下得到快速發展。而像影片中的行星發動機等硬核科技以目前的認知看似遙不可及，但隨著未來的重大發現和科學技術的不斷突破，在未來或許可以成為現實。

中能傳媒：目前我國可控核聚變的研究進展情況如何？您預計何時人類可以使用可控核聚變的能源？目前可控核聚變的項目研究還有哪些問題亟待解決？

段旭如：我國可控核聚變研究始于20世紀50年代，幾乎與國際上可控核聚變研究同時起步，有著堅實的科技基礎與人才積累。尤其自參加ITER計劃以來，我國核聚變相關科研實力得到了極大提升，核聚變技術已從過去的跟跑到并跑，到部分技術達到國際領先水平。2022年，我國規模最大、參數能力最高的新一代“人造太陽”（HL-2M）裝置國內首次突破100萬安培等離子體電流運行，創造了我國磁約束聚變裝置新的運行紀錄，標志著我國核聚變研發距離聚變點火邁進重要一步。

在世界范圍內，可控核聚變正進入發展的關鍵時期。近期，歐洲聯合環JET創造了59兆焦耳聚變能量輸出的世界紀錄，美國國家點火裝置NIF首次實現了聚變輸出能量大于輸入能量。國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃啟動后，全球聚變界集中力量攻克聚變堆相關的工程技術難題，目前該計劃已進入主機工程裝配階段，預計在幾年后投入運行。基于目前聚變技術的發展情況，預計再經過三十年左右的時間，也就是到本世紀中葉，聚變能可以實現應用。

ITER計劃的啟動標志著磁約束聚變研究由聚變等離子體實驗與運行為主逐步走向發展聚變堆核工程與技術。而要實現核聚變能源應用，仍面臨一些關鍵技術挑戰，這主要包括氘氚聚變等離子體穩態自持燃燒、聚變堆材料以及氚自持等技術亟待解決。此外，我國聚變堆的核與輻射安全法規、導則和技術標準還需建立完善。為此，應充分發揮我國核科技工業體系的作用，吸引更多有豐富經驗的核工程技術力量共同參與，集中力量開展核聚變工程和技術攻關，并逐步搭建聚變能的技術開發體系和工業體系，加速我國核聚變能開發進程。

中能傳媒：像剛剛您也提及的ITER項目，那么據您了解，在ITER項目中我國貢獻了哪些力量？目前進展情況如何？

段旭如：我國以平等伙伴身份加入ITER計劃，貢獻比例約占9％，其中70％以上采用了實物貢獻方式，并陸續承擔了18個部件研制項目的制造任務，涵蓋了ITER裝置重要關鍵部件。

目前，我國承擔的ITER部件研制項目任務進展順利，取得了一系列技術突破，成果豐碩。比如，核工業西南物理研究院牽頭研發的第一壁采購包半原型部件在2016年成功通過高熱負荷測試，在世界上率先通過認證，同時也帶動了我國其他相關領域技術發展。2022年中國團隊完成首件制造，且其核心指標顯著優于設計要求，具備了批量制造條件，這標志著中國全面突破“ITER增強熱負荷第一壁”關鍵技術，實現該項核心科技持續領跑。

此外，ITER產氚包層技術是未來聚變堆實現氚自持的關鍵技術，屬于不共享、敏感技術。中方ITER產氚實驗包層模塊（TBM）項目實現了多個第一，是ITER組織簽署第一個TBM協議，也是第一個通過概念設計評審、第一個進入到工程設計階段的TBM項目。不僅為ITER貢獻中國方案，也為我國掌握該項技術，未來自主設計建造聚變堆提供了保障。

2019年，中核集團牽頭的中法聯合體正式簽訂了國際熱核聚變實驗堆主機安裝1號合同（TAC1)，它的內容包含了ITER裝置核心部件的安裝工程，其重要性相當于人體的心臟。這是有史以來中國企業在歐洲市場中競標的最大核能工程項目合同。目前已順利完成了第一階段的工程任務。

可以說，目前我國按時、高標準、高質量交付了ITER計劃有關任務，關鍵部件研制項目完成質量與進度均走在ITER參建各方前列，有力推動了ITER計劃的實施。