科技视点

“未来能源”核聚变的“ITER”之路

101318日,第25届国际原子能机构(IAEA)聚变能大会在俄罗斯圣彼得堡召开,大会由IAEA主办,俄罗斯国家原子能公司承办。作为全球聚变界研究的“奥林匹克”,该大会每两年一届,自1961年举办以来,就一直备受业界关注,是聚变界众多会议中参会人数最多、规模最大、层次最高的国际会议。最为关键的是,大会也是各国聚变研究的“竞技舞台”,各个国家纷纷展示各自关于聚变能源研究领域的新成果和新技术。同时,大会也为全世界的核科学家和工程师提供了一个学术和新思想交流的平台。记者亲历了本次大会各项“重头戏”的精彩,感受到了核聚变研发的“全球脉搏”。

  寻求聚变研究的“最大公约数”

  “核聚变是人类解决能源问题的最好方案之一”这一看法,早已是共识,而在实现这个目标的过程中,寻求到聚变研究的“最大公约数”是必须经历的一个节点。

  本届大会,其“奥林匹克”意义自然也不例外。据记者在大会现场了解到的信息,来自中国、俄罗斯、日本、美国、德国、法国等39个国家和4个国际组织的近1000位科研人员以及从事核聚变能源研发管理的政府代表、顶尖科学家、工程师、青年学者和学生参加了此次会议。会议共收集口头报告120篇,其中综述报告26篇、总结报告7篇、邀请报告87篇、张贴墙报611篇。

  大会期间还有许多双边合作会议等议程。在技术讨论环节,各国科学家围绕国际热核实验聚变堆项目(ITER)相关技术、惯性约束聚变、3D物理效应、装置运行方案、磁约束理论和建模、等离子体整体性能和控制、惯性聚变实验和理论、聚变和裂变混合堆工程、聚变核物理及技术、材料物理和技术,以及聚变能的环境安全和经济性等主题进行了深入的探讨。对此,IAEA副总干事A.V.Bychkov直截了当地表示:“对于从事聚变能的科技工作者来说,大会是一个极好的机会,与会者卓有成效的工作将助力聚变能技术在实验和工程等各方面取得更好的发展。”

  值得留意的是,会议上的“中国力量”吸引了各方关注。近30名来自核工业西南物理研究院、中国科学院等离子体物理研究所等的国内研究人员,在本次大会上作了“数量可观”的综述报告和邀请报告。“这两项环节是大会上各方‘争抢’上台发言的环节,也是最能体现实力的场合。大家都想通过这个机会,争取在研究上得到更大的发言权和关注度。仅在口头报告部分,西物院就有5个,应该说,‘中国时间’在本次大会上还是引人注目的。” 参会的国内核聚变专家、核工业西南物理研究院院长刘永告诉记者,为了争取能够在大会上亮相讲演,各个国家在会前、会上如同“小联合国”一样争得“面红耳赤、暗流涌动”,他戏称这跟“打擂台”一样。据刘永透露,在发言过程中,也有一些意见相左的观点,其中不乏核聚变界的“大腕科学家”推出的“裂变和聚变混合堆”等。但刘永表示:“这很正常,科学没有边界,聚变研究也有主流和非主流方向之分,每个科学家都有自己的兴趣和研究路径,不同的想法也许能够更好地提供可能性。”据记者采访了解,“核聚变是人类解决能源问题的最好方案之一”这一看法,早已是共识,而在实现这个目标的过程中,寻求到聚变研究的“最大公约数”是必须经历的一个节点。

  “人造太阳”迎难而建

  “ITER项目创建了一个在全球范围内各国间新科学研发的共同协作方式和标准,更为关键的是,其将为能源和环境问题提供一个终极的解决方案。”

  放眼世界,ITER无疑是现在全球聚变界的一个“最大公约数认识”。在本次大会上,关于ITER的报告和讨论占据了不少份额。会上,ITER总干事Osamu Motojima重申了ITER对于聚变能的“不可替代性”。他表示ITER是聚变能向实现商业聚变堆迈进的一个必要步骤。“ITER项目创建了一个在全球范围内各国间新科学研发的共同协作方式和标准,更为关键的是,其将为能源和环境问题提供一个终极解决方案。”他说。而关于工程建设的几个好消息是真空容器、低温恒温器、极向场线圈等设备的相关组件已交付现场,而最为核心的核反应堆或将在2019年“能够出现”。

  不过这些好消息似乎并未缓解外界对于项目的“担忧”,Osamu Motojima也坦承了项目目前正遭遇的各种困局:工程建造拖期和资金超出预算等。这也是外界目前最为关注的两个问题,在大会期间,Osamu Motojima所接受的采访中,这几乎是必被问到的问题。据记者了解,目前ITER工期和预算超出计划已经是确定的事实,其中欧盟承担的66亿欧元建设成本预计将上升到72亿欧元。

  对此,Osamu Motojima说,目前ITER已更加强烈地认识到,所有支持ITER项目的成员国,即使是在经济危机的时候,也都投入了相应的资金来力挺项目,“为此,现在项目的相关采购和安装工作上,要求实现‘一致性的设计和对接’,防止重复设计等,同时,必须保证项目的成本控制和时间效率。”据Osamu Motojima透露,ITER目前预估的总造价是150亿欧元,当前的工作之一就是在今年年底制定出新的日程草案,并有可能于明年年中正式执行,“希望借此时间表来倒逼工程的按计划推进。”

  刘永也坦承,在从科学研究到实际应用的路上,聚变能研究的时间相比裂变能要长很多,由此也要付出更多的精力和成本。而在项目推进过程中,ITER也遭遇到许多挑战,如由于设计变更和优化带来的工期延长和投资的增加,由于文化差异带来的管理上的冲突,但为使ITER顺利达到其目标,我们就必须面对这些挑战和困难。

  “中国力量”,后起之秀“

  “ITER是大家的,是没有国界的,聚变能不是‘明天的能源’,而是‘后天的能源’,人类还需要花费较长的时间来研究,在这个过程中将遭遇到很多我们尚不知道的‘拦路虎’,装置大了之后也存在很多潜在的风险,合作才是解决未来问题的最好方法。”

  目前,关于ITER的费用和工程量分担,欧盟约占46%,其他6个国家各自承担大约9%。跟俄罗斯一样,中国政府对于ITER项目的投入也是有保证的。刘永认为,中国的聚变能研发的外部环境是不错的。也正是在这样的情况下,中国在聚变能研究特别是ITER研发上取得了不俗的成绩。“中国、韩国、印度的进步很快,以前这些后来加入ITER的国家与领先的欧美国家、日本差得很远,但从目前的成果看,这三个国家算是后起之秀。”刘永说。他透露,目前中国承担的ITER采购包,有些只有中国能做,中国在相关领域的能力不可小觑。

  据记者了解,早在1984年,中国就建成了中型核聚变研究装置——中国环流器一号(HL-1),随后,1994年,建成了中国环流器新一号(HL-1M),2002年,具有里程碑意义的托卡马克装置中国环流器二号 AHL-2A)建成,2006年,由中国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克EAST核聚变实验装置成功完成首次工程调试……这些装置的建成及投入使用证明了我国在磁约束聚变实验研究的水平,已达到了国际先进行列。随着近几年装置实验水平的再上台阶,中国在核聚变研究领域的实力大大增强。刘永介绍:“西物院作为中国ITER计划的技术支撑单位之一,承担了ITER的磁体重力支撑结构、屏蔽包层模块等研制任务,均已取得了重要进展。就现在我们在项目中承接的任务完成情况看,我们在七方中是走在前面的。”

  提到承接ITER采购包中的技术含金量问题,刘永说:“不可否认,虽然我们进步很大,但有一些核心的部件,我们现在确实还做不了。我们现在做的,是属于‘跳一跳,够得着’的工作,与领先的欧盟国家、日本等相比,在某些方面我们还是有差距。”发展有先后,各国有差异,这很正常。刘永透露,早期的聚变研究各国都是独自秘密研发的,最后发现只有合作才有可能实现这项人类科技史上最为雄心勃勃的计划。“ITER是大家的,是没有国界的,聚变能不是‘明天的能源’,而是‘后天的能源’,人类还需要花费较长的时间来研究,在这个过程中将遭遇到很多我们尚不知道的‘拦路虎’,装置大了之后也存在很多潜在的风险,合作才是解决未来问题的最好方法。”在刘永看来,像聚变能大会这样的会议,对于聚变能研发来说无疑是很有价值的。

  更值得留意的是,在合作的过程中,各参与国都能享受到研发的红利。除了共享ITER的知识产权、实验结果等之外,各国承接的ITER采购包对于其国内的产业和技术拉动作用也不小。“很多工厂因为承接了ITER工程的部件制造而变得‘卓越’,因为ITER组织经常会审视各个相关企业质保体系,以保证ITER项目的每一个配件都满足既定要求,这样也倒逼了很多企业高度重视自己的产品链,由此也走上了‘国际化’的道路,与国际接轨,提高了自身的管理水平和质量体系。”刘永笑称:“即使是像赶鸭子上架一样,但无形中也让企业塑造了自己的国际化思维,通过参与各类国际竞标,长了见识,增强了自己的能力。西物院也不例外。可以说,西物院现在的质保体系,就是在这样的压力下得到极大提升的。”

  针对下一步的工作计划,刘永表示,作为国内ITER项目的重要支撑单位之一,除了保证ITER采购包准点按质按量完成之外,西物院已经意识到,“后ITER时代,科技研发和商业化的竞争将会非常激烈,西物院已经在考虑相关问题,比如技术储备和人才培养等。”

  正如刘永所言,核聚变是“后天的能源”,ITER也是面向未来的聚变能源研发的关键一步,聚变能研发不能太急功近利。即使任重道远,但由于核聚变有可能为人类带来的能源,值得我们执着地去奋斗。(韦吉磊)

  链接:ITER小传

  “国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的实验堆。核聚变被当今科技界视为人类未来能源的解决方案之一,其具有资源无限、污染环境小、不产生高放射性核废料等优点,受控热核聚变能的大规模实现将有望从根本上解决人类社会的能源问题。ITER计划正是实现聚变能商业化必不可少的一步,其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。

  ITER计划开始于1985年,最初,该计划由美国、原苏联、欧盟、日本四方参加,美国曾一度退出,后又于2003年与中国同时再度加入,随后韩国、印度相继加入。ITER计划也是中国到目前为止参与的最大的多边国际大科学工程合作项目。

  1988年,ITER开始实验堆的研究设计工作并于2001年完成。此后经过五年谈判, ITER参与各国决定在法国卡达拉舍建造世界上第一个ITER厂址并于2006年正式签署联合实施协定,启动ITER计划,计划将历时35年,其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。按其时间表,如果不出意外,借助ITER项目,各方或将在本世纪中叶建造商用聚变堆。(新闻来源:中国核工业报)

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