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        人造太阳永远还需50年“魔咒”或将破解!
        2021/3/11 7:03:14    新闻来源:国际能源网
         文 | 李亮子编辑 | 国际能源网

          阳春三月,全国两会如期召开,中核集团10位代表委员为我国核电事业的发展建言献策。国际能源网记者有幸采访了全国政协委员、中核集团核工业西南物理研究院院长——段旭如,他对于我国参与ITER(国际热核聚变实验堆)计划近年来取得的成果进行了详细的介绍,他认为,“人造太阳” “永远还需50年”的魔咒会被打破,预计ITER计划一旦达到其既定目标,有望在本世纪中叶实现聚变能的利用。

          全国政协委员、中核集团核工业西南物理研究院院长 段旭如

          国际能源网记者了解到,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,其目标是验证聚变能和平利用的科学和工程技术可行性。可控核聚变装置利用太阳发光发热的原理在地球上提供能源,因此,也被形象的称为“人造太阳”。

          2003年2月,我国正式加入ITER计划谈判;2006年,我国与欧盟、美国等七方正式签署ITER计划执行协定;2008年,全面开展ITER计划工作。这也是我国第一次以平等的身份,在设计规则之始就介入进去的科技计划。ITER计划一旦成功,人类终极能源解决方案将诞生,世界能源格局将发生巨大改变。

          国际能源网:据了解ITER计划全世界有30多个国家参与,我国承担了其中约9%的采购包制造任务,那么目前从世界范围看,ITER计划的执行情况如何?

          段旭如:我国在ITER计划中承担了大约9%的采购包制造任务,即部件的研发制造任务,但涉及到的核心技术就不只是9%,应该超过了约40%。根据ITER计划执行协定,我们可以共享ITER全部知识产权。我国政府对ITER计划非常支持,在科技部ITER中心的领导和组织协调下,我院与其他科研单位及相关企业发挥在聚变装置及关键部件研制方面的优势,展开了技术攻关,我国承担的ITER采购包任务进展顺利,取得了一系列技术突破,成果丰硕。我国按照采购包任务要求的时间进度和标准,高质量地交付了有关制造设备和部件,受到ITER计划参与各方的充分肯定。

          近几年ITER计划加强了管理,各方采购包关键技术研发也加大了力度。ITER主机安装已于2020年启动,重达1250吨的ITER杜瓦底座吊装工作圆满完成,拉开了ITER主设备安装的序幕。从目前看,ITER计划进展顺利。

          国际能源网:“人造太阳”有时被戏称为是一项距离成功“永远还有50年”的技术,对此您怎么看?尤其是“中国环流器二号M”成功放电以及去年ITER计划重大工程安装启动之后,您认为成功实施ITER计划是否可以打破“永远需要50年”才能实现的魔咒?

          中核集团核工业西南物理研究院主要负责ITER涉核部分研究

          段旭如:我国在20世纪50年代末就开始了可控核聚变的研究。中核集团核工业西南物理研究院是1965年成立的,是我国最早从事核聚变能源开发的专业院所,在核聚变研究装置设计、建造和运行等方面,积累了丰富的经验,培养造就了一支可控核聚变专业研究队伍。1984年在四川乐山,建成了我国磁约束聚变领域第一座大科学装置(中国环流器一号),实现了我国可控聚变研究从原理探索到规模实验的跨越。去年底又建成了我国新一代“人造太阳”研究装置—中国环流器二号M装置,这将为我国深度参与ITER计划及自主设计建造未来核聚变堆奠定重要技术基础。

          2020年7月ITER重大工程启动了主机安装,习总书记也向此次安装启动仪式特致贺信,国际核聚变界对ITER计划的成功实施是充满信心的。ITER建成以后,将成为世界上第一个反应堆规模的核聚变堆,有很多关键技术将通过建设运行ITER的过程中去攻克。ITER计划涉及了30多个国家,其成员方欧盟、美国、俄罗斯、日本等普遍计划在本世纪中叶实现核聚变能的利用。我们国家也计划在本世纪中叶,时间上与上述国家基本相同。我认为ITER计划一旦达到其既定目标,就有望在本世纪中叶实现聚变能的利用。

          国际能源网:目前中核集团核工业西南物理研究院在ITER计划中主攻的技术难题是什么?目前进展情况如何?

          段旭如:中核集团核工业西南物理院承担了我国参与ITER计划中关键涉核等核心部件的研发制造。如直接面向聚变反应堆芯的核心部件——超热负荷第一壁,产氚实验包层项目,以及气体燃料注入系统等,还包括ITER重要的结构安全部件--磁体支撑系统,等等。

          此外,中核集团牵头的联合体成功中标ITER计划迄今为止金额最大的工程合同,ITER主机安装一号合同(TAC1),我院作为TAC1项目的主要技术支持单位,为安装工程提供重要的技术保障,并负责部分特殊安装工艺的实施。

          我们在过去超过15年的时间,与国内相关单位合作,经过艰苦的技术攻关,突破了国际聚变界面临的特殊材料、材料连接技术与工艺、还有高真空热氦检漏等方面的技术难题。ITER超热负荷第一壁半原型部件在国际上率先通过了认证, 磁体支撑部件将在今年陆续交付完毕,其他的ITER采购工作也进展顺利。目前正在攻关的还有气体注入系统,它是一个涉氚的系统,且氚流量很大,如此大流量的涉氚阀门的技术攻关在国际上是一项挑战。还有产氚实验包层模块项目,该项目的研发将为未来聚变堆实现氚自持和发电提供必要技术支撑,我们将作为技术牵头单位,与国内其它单位一起开展相关关键技术的攻关。这就是我院在ITER项目技术与科研方面的部分进展情况。

          国际能源网:人们对于核电的发展始终存在安全方面的担心,像ITER计划这种可控核聚变的安全性怎么保证?可控会不会在某种情况下就失控了?如果ITER计划成功后,对于我国的能源结构会产生怎样的影响?

          段旭如:在地球上要实现核聚变反应,条件非常苛刻,首先要达到一亿度以上的高温,只有温度上亿度以后,燃料粒子之间相互靠得足够近时,才可能发生核聚变反应;另外其密度需要足够的高,否则反应的可能性就会变得很小。如果这些苛刻的条件难以维持的话,就不会再发生聚变反应。也就是说,如果有任何事故发生,就会导致苛刻条件得不到满足,聚变反应自然停止。它虽然原理上和氢弹核聚变一样,但氢弹是通过原子弹去引爆的,瞬间让大量的燃料达到所需的高温高压条件而剧烈的反应。并且可控聚变反应是在真空容器里进行的,它的压强比空气压强低得多,而且燃料含量低,不会失控而引起爆炸。

          我预计,一旦ITER计划成功,经过示范堆后,核聚变能将得到商用。因具有资源丰富、固有安全性以及环境友好等优点,核聚变能会得到人类的青睐,在未来能源结构中发挥越来越重要的作用。不过,在核聚变能推广的开始阶段,就像我们发展核电或其它新能源一样,其在总的能源供给中占比都不会太高,预计替代其他能源电力也会有一个较长的过渡期。

          人造太阳实验装置

          国际能源网:ITER需要实现高温需要耗费大量的电能,在实验过程中这种巨大的耗电量如何避免其对电网造成冲击,另外如果该项目研究成功后是否有足够的价格优势与风电、光伏、水电等可再生能源发电去竞争?

          段旭如:当前在实验室阶段,装置的运行确实需要耗费大量的电,为了避免给电网造成冲击,目前的装置是采用高压专线供电的模式,这样就不会给人们的日常用电造成影响。此外,我们实验室有一套脉冲发电机组,它是一个机械储能的装置。通过将电网中的电能转化为机械能储存在高速旋转的飞轮中,实验过程中飞轮中储存的能量在短时间内转化为电能输出,这样就可以避免直接冲击电网。我们也有计划配备一些储能设备,比如超级电容、电化学储能装置,将来可能需要配合储能来实现项目装置的启动。

          ITER的供电将采用先进的供电技术方案,结合脉冲功率电网和稳态功率电网,可以避免对电网造成冲击。ITER计划成功以后,我们就可以通过核聚变反应产生足够的电能。

          从目前来看,我们集世界各国之力来建这个核聚变堆,它的成本是比较高的,因为技术本身还不够成熟,在研发阶段,投入的成本也比较大。有专家做过估计,对于核聚变堆电站来说,今后主要的成本就是建设这个设施的硬件成本,它的燃料费用是很低的。如果运行时间足够长,在技术成熟后,其电价水平可以和现在的新能源发电相较量。

          国际能源网:作为全国政协委员您参加今年的两会,提了哪些提案?可否介绍一下这些提案大致的内容?

          段旭如:我今年提了两个提案,一是“加快推进核电走出去”的建议,还有一个是“推广辐照灭菌技术”的建议。

          核领域国际合作长期以来都是各国开展对外合作的“压舱石”和“推进剂”。中核集团等单位积极践行国家“一带一路”倡议,持续推动核电“走出去”有关工作,不断扩大“华龙一号”以及其他自主核电机型的国际市场影响力。

          为加快推动核电走出去,一方面应加强核电“走出去”统一协调,将我国核电“走出去”由企业层面上升到国家战略层面,建立由相关部委,以及主要核电企业等共同组成的跨部委协调机制,推动一批条件比较成熟的核电“走出去”重点项目落地。另一方面应完善相关法律法规,制定核电“走出去”一揽子政策。加快推进原子能法、核损害赔偿法等立法。国家财政部制定核电“走出去”专项融资政策。

          另一个推广辐照灭菌技术的建议是与人们的生活息息相关的。辐照灭菌技术在抗疫中得到了及时有效应用,为疫情防控争取了宝贵的时间窗口。通过替代传统的环氧乙烷灭菌方法,辐照灭菌技术将灭菌工艺周期由7-14天缩短为1天,极大地缓解了疫情初期抗疫前线一次性医用防护服“严重短缺”的困境。辐照灭菌技术还有望在医疗废水处理、特殊聚集性场所移动式消毒等领域得到推广应用。需加快制定各应用领域的标准规范,增强政策引导与支持,推动辐照灭菌技术产业快速高质量发展,在“健康中国”建设中发挥更大作用。

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