新年伊始，“科學(xué)島”傳來振奮人心的消息：聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施項(xiàng)目可行性研究報(bào)告獲得國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)！這標(biāo)志著從合肥起航的“中國(guó)聚變夢(mèng)”在2019年初邁出了重要一步。
中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR），是中國(guó)自主設(shè)計(jì)和研制并聯(lián)合國(guó)際合作的重大科學(xué)工程，是中國(guó)在全面消化吸收國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，預(yù)先開展下一代超導(dǎo)聚變堆研究的重大項(xiàng)目。2017年12月5日，CFETR項(xiàng)目在合肥正式啟動(dòng)工程設(shè)計(jì)，中國(guó)核聚變研究由此開啟新征程。
要建設(shè)中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆，必須要有實(shí)驗(yàn)堆關(guān)鍵部件的預(yù)研基地。2018年1月3日，國(guó)家發(fā)改委宣布聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施在合肥集中建設(shè)，這是合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心首個(gè)落地的國(guó)家大科學(xué)裝置項(xiàng)目。該設(shè)施主要為下一代聚變堆的超導(dǎo)磁體和偏濾器系統(tǒng)提供研究和環(huán)境，保障我國(guó)聚變堆核心技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)性、安全性和可靠性，加快聚變能實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程。
太陽的光和熱，來源于氫的兩個(gè)同胞兄弟——同位素氘和氚，在聚變成一個(gè)氦原子的過程中釋放出的能量。中科院等離子所托卡馬克研究室主任徐國(guó)盛研究員告訴記者，中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆的科研路線和目標(biāo)就是按照太陽內(nèi)部熱核聚變的原理，設(shè)計(jì)建造可控的“人造太陽”，解決人類能源危機(jī)。中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃分三步走，完成“中國(guó)聚變夢(mèng)”。第一階段到2021年，開始立項(xiàng)建設(shè)；第二階段到2035年，計(jì)劃建成聚變工程實(shí)驗(yàn)堆，開始大規(guī)模科學(xué)實(shí)驗(yàn)；第三階段到2050年，聚變工程實(shí)驗(yàn)堆實(shí)驗(yàn)成功，建設(shè)聚變商業(yè)示范堆，完成人類終極能源。
進(jìn)入21世紀(jì)以來，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所自主設(shè)計(jì)、研制了擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置——東方超環(huán)（EAST），該裝置是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克，也是我國(guó)第四代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，它的科學(xué)目標(biāo)是讓氘和氚在1到2億度高溫條件下，像太陽一樣發(fā)生核聚變，為人類提供源源不斷的清潔能源，所以也被稱為“人造太陽”。通過該裝置的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，我國(guó)科學(xué)家在在高性能、穩(wěn)態(tài)、長(zhǎng)脈沖等離子體研究方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果：2008年3月超導(dǎo)托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)連續(xù)重復(fù)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)400秒的高溫等離子體放電，電子溫度超過1000萬攝氏度，2016年等離子體中心溫度達(dá)到5000萬攝氏度；2017年實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄；2018年等離子體中心溫度達(dá)到1億攝氏度，并持續(xù)了10秒！“過去十年中，中國(guó)在聚變能源研究領(lǐng)域取得了飛速的進(jìn)步，如今已躋身一流的聚變研發(fā)國(guó)家。”來自美國(guó)的國(guó)際聚變界領(lǐng)袖人物之一Tony Taylor 博士接受記者采訪時(shí)，這樣評(píng)價(jià)“科學(xué)島”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置近年來所取得的令世界矚目的成就。就在一個(gè)月前，Tony Taylor正式出任在合肥成立的國(guó)際聚變能聯(lián)合中心主任。
徐國(guó)盛表示，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施項(xiàng)目可行性研究報(bào)告獲得國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)，意味著這個(gè)重大項(xiàng)目在國(guó)家層面正式啟動(dòng)。作為聚變堆的研發(fā)平臺(tái)，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施將主要研發(fā)聚變堆關(guān)鍵部件的原型件及其測(cè)試平臺(tái)，對(duì)中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆的建設(shè)作用十分重大。據(jù)悉，該設(shè)施主體工程由超導(dǎo)磁體研究系統(tǒng)、主機(jī)及偏濾器研究系統(tǒng)兩部分組成，目標(biāo)是建成具有國(guó)際領(lǐng)先水平的超導(dǎo)磁體研究系統(tǒng)和主機(jī)及偏濾器研究系統(tǒng)，為聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)研究提供粒子流、電、磁、熱、力等極端實(shí)驗(yàn)條件。
“按照聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施項(xiàng)目的科學(xué)目標(biāo)，項(xiàng)目研發(fā)的超導(dǎo)磁體研究系統(tǒng)最大磁體測(cè)試尺寸直徑大于13米、最高磁體儲(chǔ)能大于25億焦、偏濾器研究系統(tǒng)最大粒子流大于1×1024每平方米每秒，這些都是國(guó)際領(lǐng)先的。”徐國(guó)盛告訴記者，該設(shè)施建成后將是國(guó)際磁約束聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究平臺(tái)，既可以為我國(guó)開展聚變堆核心部件研發(fā)和建設(shè)提供建設(shè)技術(shù)基礎(chǔ)，又可以開展聚變堆條件下熱與粒子排除關(guān)鍵問題研究、大規(guī)模低溫和超導(dǎo)技術(shù)研究、強(qiáng)流粒子束與基礎(chǔ)等離子體研究以及為能源、信息、健康、環(huán)境、國(guó)防等交叉前沿領(lǐng)域提供研究平臺(tái)和強(qiáng)大的技術(shù)支撐。“設(shè)施建成后將向社會(huì)開放共享，服務(wù)于我國(guó)聚變堆科學(xué)技術(shù)研究，從而大大加快中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆預(yù)研進(jìn)程，為世界核聚變研究作出更多中國(guó)人應(yīng)有的貢獻(xiàn)。”徐國(guó)盛說。
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