新華社北京12月17日電 《參考消息》12月14日刊發(fā)文章《追逐“能源圣杯”的步履永不停歇》。全文如下:
國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆計劃(ITER)是人類和平利用核聚變能源之路最為可靠、可行的路線。自1985年倡議提出,歷時38載。如今,ITER行至何處?未來,它又何去何從?人類“無盡清潔能源”夢想何時實現(xiàn)?
全球能源需求不斷增長,地球化石燃料終將枯竭。未來,人類將依靠何種能源延續(xù)生命之火?
與傳統(tǒng)能源相比,聚變能因原料豐富、清潔環(huán)保,對人類而言是近乎理想的能源。其中,可控核聚變更是具有固有安全性,可讓人類徹底告別“談核色變”的時代。為了讓核聚變“可控”,人類已經(jīng)“摸爬滾打”了逾半個世紀。
國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆計劃(ITER)被認為是有望幫助人類摘得可控核聚變這一“能源圣杯”的主要路徑。它由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方共同參與建造,是當今世界規(guī)模最大、影響最深遠的國際大科學(xué)工程之一。
自1985年倡議提出,凝聚了三代物理學(xué)家夢想的ITER項目歷時38載、耗資數(shù)十億歐元尚未完成;與此同時,多個國家自主探索核聚變不斷取得突破。如今,ITER行至何處?未來,它又何去何從?近日,記者走進位于法國南部的ITER項目建設(shè)現(xiàn)場,尋找答案。
科幻般的“人造太陽心臟”
在陽光普照的法國南部小鎮(zhèn)圣保羅-萊迪朗斯,來自30多個國家的科學(xué)家和工程師正在為實現(xiàn)人類的“無盡清潔能源”夢想不懈努力。
將這些“筑夢者”召集起來的ITER項目旨在建造全球最大的可控核聚變實驗堆。該裝置又有“人造太陽”之稱,它將模擬太陽內(nèi)部的核聚變過程,探索聚變能發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)可行性,有望為解決人類能源困境提供終極方案。
進入這片總面積42公頃的筑夢空間,長方形場地外圍分布著各種接近完工的配套設(shè)施:為超導(dǎo)裝置將交流供電轉(zhuǎn)換為直流的配電設(shè)施、為主機超導(dǎo)磁體系統(tǒng)生產(chǎn)液氦的低溫裝置、制冷塔、廢物管理設(shè)施以及控制室。
11月23日在國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆(ITER)建設(shè)現(xiàn)場拍攝的安裝中的托卡馬克裝置(高靜 攝)
場地中央,一座高60米、長120米、寬80米的鋼筋混凝土建筑頗具壓迫感。走進大門,穿過走廊,記者瞬間猶如闖入科幻電影的情景中:一間燈光如晝的組裝大廳里,擺放著多個體型龐大、造型奇特的金屬部件,墻壁上爬滿了曲折的通風(fēng)管道。ITER的心臟——托卡馬克裝置及其運行所需系統(tǒng)的預(yù)組裝工作正在這里緊鑼密鼓地展開。
穿過預(yù)組裝大廳,登上俯瞰臺,便可隔窗看到逐層安裝中的托卡馬克。這是一種利用磁約束來實現(xiàn)可控核聚變的環(huán)形容器。它的中央是一個環(huán)形真空,外面圍繞著線圈,外形酷似甜甜圈。如滿足超高溫、超低溫、超大電流、超強磁場、超高真空等極端環(huán)境條件,托卡馬克裝置內(nèi)部可產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場,被加熱到上億度并受到磁場約束的氘和氚的等離子體融合在一起,可產(chǎn)生類似太陽核心的聚變能。
1985年,ITER倡議正式提出,此后歷經(jīng)近20年的工程設(shè)計和談判。2007年,ITER整合了中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七個參與方的財務(wù)與技術(shù)資源,開啟了裝置建造。2020年,隨著杜瓦底座吊裝完成,ITER重大工程安裝正式拉開序幕。
如果將ITER項目比作一場馬拉松,該組織總干事彼得羅·巴拉巴斯基認為現(xiàn)在“行程已經(jīng)過半”。巴拉巴斯基對記者表示:“我們已經(jīng)具備了啟動機器所需的重要部件。現(xiàn)在必須保持專注,將所有東西組裝在一起。”
猶如“人類第二次學(xué)習(xí)用火”
接下來,托卡馬克主機中的超導(dǎo)磁體、饋線系統(tǒng)等重要核心設(shè)備將陸續(xù)安裝。但與此同時,ITER項目的國際團隊還需處理另一樁麻煩。
組裝大廳里,一個高12米、重440噸的超大豌豆形金屬設(shè)備正懸掛在高高的吊架上。據(jù)介紹,這是托卡馬克環(huán)形真空室的模塊之一,本已吊裝進真空室裝配坑,組裝過程中發(fā)現(xiàn)其焊接坡口存在瑕疵,無法滿足后續(xù)拼裝的毫米級精度要求,只得拆下來維修。此外,真空室熱冷屏的氦冷管道發(fā)現(xiàn)裂紋,如今也“躺在”大廳地板上等待檢修。
由于上述技術(shù)挫折的出現(xiàn),總干事巴拉巴斯基和同事正在編制新的成本和進度計劃,并將于2024年中期提交ITER理事會審批。
大約一年前,當ITER在其官網(wǎng)上對外公布上述“噩耗”及其解決方案時,總干事巴拉巴斯基坦言“進度和成本受到的影響不會微不足道”,但他同時慶幸“這發(fā)生在可以補救的時候”。如今,巴拉巴斯基依舊向記者傳遞著這種樂觀情緒。在他看來,對ITER這樣一個堪比登月的探索型項目來說,“遇到技術(shù)挫折相當正常”。這“不是根本性問題,終會被克服”。
意義非凡,難度空前。ITER的托卡馬克裝置總重2.3萬噸,相當于3個半埃菲爾鐵塔,包含近百萬個組件,涉及重大技術(shù)挑戰(zhàn),且沒有成熟經(jīng)驗可資借鑒。這個全球最大、最復(fù)雜的“人造太陽”建成后,聚變實驗功率將達50萬千瓦,成為地球上首座能夠與未來商用聚變堆規(guī)模相比擬的熱核聚變實驗堆。它有望率先實現(xiàn)凈能量產(chǎn)出,即產(chǎn)出能量十倍于輸入能量——這對于邁向聚變能發(fā)電工業(yè)化與商業(yè)化應(yīng)用是一個十分重要但尚未實現(xiàn)的參數(shù)。
中國核電工程有限公司ITER項目部副總經(jīng)理張后龍正在現(xiàn)場參與組裝工作,他毫不懷疑這項宏偉事業(yè)的前景。 他表示,這首先源于內(nèi)心一個堅定不移的信念:探索可控核聚變的過程猶如人類第二次學(xué)習(xí)用火,若實現(xiàn)聚變能發(fā)電,人類共同面臨的能源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等問題都將迎刃而解。
ITER組織副總干事、原科技部中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心主任羅德隆斷言,未來在探索聚變能商用化的可行性方面,除非出現(xiàn)顛覆性技術(shù),否則“ITER仍是最可靠、可行的路線”。
多國克服干擾握手言“核”
ITER從誕生之日起就攜帶國際合作的基因。1985年,尚處冷戰(zhàn)對峙時期的美蘇兩國領(lǐng)導(dǎo)人在日內(nèi)瓦峰會上握手言“核”,共同倡議啟動ITER項目,為開發(fā)取之不盡的聚變能、造福全人類而努力。由于國際爭端常起因于對能源控制權(quán)的爭奪,ITER項目也可視為實現(xiàn)人類和平發(fā)展的項目。
巴拉巴斯基表示,“ITER克服了當前地緣政治因素的干擾,仍是一個和平、和諧的科學(xué)合作項目”。他說:“來自不同文化背景的人們互相尊重、共同工作、和諧共處。從這個意義上說,ITER已經(jīng)超越科學(xué)范疇,體現(xiàn)了和平、和諧的國際合作精神。”
此外,建立于ITER項目初期的實物采購系統(tǒng)也是該項目獨特的一面。ITER項目的各參與方不僅要向ITER組織提供現(xiàn)金貢獻,還需向其提供實物貢獻。按照聯(lián)合實施協(xié)定,ITER所需的近100萬個部件由七個參與方在30多個國家分頭研制,并按規(guī)定時間提交ITER總部組裝調(diào)試,可謂是一場人類集體總動員的大型積木游戲。
中國角色從“跟跑”到“領(lǐng)跑”
2006年正式成為ITER項目參與方之后,中國累計承擔(dān)了ITER裝置近10%的采購包研制任務(wù),涉及磁體支撐系統(tǒng)、氣體注入系統(tǒng)、可耐受極高溫的反應(yīng)堆堆芯“第一壁”等關(guān)鍵部件。到了組裝階段,中國又通過中法聯(lián)合體,深度參與實驗堆核心裝置托卡馬克的安裝。十余年來,中國持續(xù)為ITER貢獻“中國智慧”和“中國力量”。
羅德隆回憶說,中國剛加入ITER時“以學(xué)為主”,如今已從“跟跑”實現(xiàn)與他國“并跑”,甚至在部分領(lǐng)域“領(lǐng)跑”。他說,通過全面參與ITER建設(shè),中國用10%的貢獻撬動了該計劃100%的知識產(chǎn)權(quán),除消化、吸收、掌握ITER的設(shè)計技術(shù)和加工制造技術(shù)之外,也為中國培養(yǎng)并儲備了一批聚變工程建設(shè)人才,為日后我國相關(guān)領(lǐng)域自主建設(shè)添磚加瓦。
巴拉巴斯基評價說,中國是一個“值得信賴的合作伙伴”。他說:“我目睹了中國在可控核聚變領(lǐng)域取得的長足進步,這些進步使中國能夠為ITER作出更大貢獻。”(記者 張百慧 劉芳 徐永春 參與采寫 高靜 邢建橋)
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