中国“人造太阳”在川建成并首次放电

2020-12-09 08:47 四川科技报记者 马静璠 1546 点击

12月4日,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电,标志着中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,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。当天的放电仪式上,国家原子能机构主任张克俭说,我国自主研制的中国环流器二号M装置建成运行,这是我国核聚变发展史上的重要里程碑。

记者了解到,这个被评为里程碑式的装置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,总体参数达到国际先进水平。它的等离子体体积达到国内现有装置的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,相当于太阳芯部温度的近十倍,能实现高密度、高比压、高自举电流运行。

支撑人类社会发展的一切能量来自太阳,而太阳的能量则来自内部的自核聚变。质量小的原子在一定条件下(如超高温和高压)会发生原子核互相聚合作用,原子核的变化往往伴随着巨大的能量释放。核聚变能源是目前人类认识到的,可以最终解决人类能源问题和环境问题,推动人类社会可持续发展的重要途径之一。因此,从上世纪50年代开始,中国就一直致力于打造“人造太阳”。经过多年的发展,我国已经建成中国环流器—号、二号装置、“东方超环”等一批大科学装置,掌握了“人造太阳”的部分关键技术,积累了大量研究成果。

该项目负责人刘永说,“人造太阳”研究过程并不容易。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。为了达到这三个条件,目前,国际上大多数国家都采取建造托卡马克装置的形式。这是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的名字Tokamak来源于俄语中环形、真空室、磁场、线圈几个单词的组合。它的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候,托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。

据了解,HL-2M装置主要用来开展高参数、高性能条件下的可控核聚变研究,其总体参数达到国际先进水平。在HL-2M装置建设过程中,中核集团西南物理研究院联合国内多家研制单位,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。比如: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;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等。以HL-2M装置建设为牵引,西物院掌握的特种材料、关键设备、极端条件精密制造等关键技术,已形成“同步辐射”效应,在航空、航天、电子等前沿领域实现创新应用。

张克俭表示,我国核能发展实施的“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略中,聚变是作为解决能源问题的最后一步。开发核聚变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。目前,国家原子能机构正在积极推进核聚变研究创新体系的建设,构建核聚变国际交流与合作平台,全方位促进我国核聚变事业由并跑向领跑迈进。

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