2022年11月，全球最大“人造太陽”核心部件“防火墻”在中國取得重大進展，國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃增強熱負荷第一壁完成首件制造，標志著中國實現該項核心科技領跑，有力提升了我國在該領域的話語權。中核集團核工業西南物理研究院首席專家、國際熱核聚變實驗堆ITER第一壁關鍵部件研制項目中方負責人諶繼明接受了中新網采訪，講述中國如何打造全球最大“人造太陽”的硬核“防火墻”。
如何實現“人造太陽”？
國際熱核聚變實驗堆(ITER)增強熱負荷第一壁完成首件制造。 中核集團核工業西南物理研究院 供圖諶繼明介紹，“人造太陽”的研究可以追溯到20世紀50年代前，科學家發現核聚變最基本原理后，各國逐漸開展了相關研究。由于研究難度巨大，20世紀80年代，多方聯合提出建立全球最大的“人造太陽”裝置，ITER計劃全球聯合建設拉開帷幕。
目前，共有30多個國家參與ITER項目的設計、研發、建設及后期的裝置的運行，形成共有的技術和知識產權，為下一代“示范堆”奠定基礎。諶繼明表示，中國承擔了ITER項目的18個制造任務，其中包括真空室內部件第一壁、磁體支撐系統等核心部分。
核聚變研究難度大的原因在于其反應條件嚴苛。“氘氚聚變是最常見且最易實現的核聚變方式，但只有在1億攝氏度以上的極高溫條件下，氘、氚等輕原子核才能夠碰撞聚合，釋放出巨大的能量。”諶繼明解釋，當溫度、密度和維持時間都達標才能實現核聚變點火，同時還需要實現高溫下的控制才能有效輸出核聚變能量。“因此，ITER裝置由主機和用于發電的外圍兩大系統組成，其中主機系統更為復雜。”
怎樣打造“人造太陽”的“防火墻”？
國際專家來到中核集團核工業西南物理研究院交流。 中核集團核工業西南物理研究院 供圖由于“人造太陽”所發生的核反應需要上億攝氏度高溫下進行，這就需要一個潔凈的高真空環境，即大型環形真空室。經研究，科學家們采用“甜甜圈”狀的托卡馬克可控熱核聚變裝置，通過將高溫高壓的等離子體約束并懸浮在環形空間內部，以達到核聚變反應的環境并實現控制。
而在此裝置中，直接面對極強熱輻射的第一壁便是最重要的核心技術之一。諶繼明介紹，第一壁發揮了巨大的作用，它要限制等離子體越界的同時保護外圍設備不被高溫損傷，還要把核聚變反應釋放的能量帶出來，用于外圍儲能發電。
ITER第一壁內側增強熱負荷部件是中國承擔設計、研發、制造的關鍵部件之一。整個660平方米的真空室第一壁表面由440個部件組成，其中中國承擔的部分占比12%，是制造難度最大的部件之一，其接受的表面熱輻射達到每平方米4.7兆瓦，相當于太陽照射地球表面熱量的4700倍。憑借50多年可控核聚變研究經驗，核工業西南物理研究院成為該“防火墻”的“承建商”。為保證質量且按時提交部件，中國經過近20年的發展和趕超，解決了材料加工、制造、連接等方面的多項技術難題，實現ITER關鍵部件研發的實質性工程突破。
何以在未來繼續領跑？
中核集團核工業西南物理研究院ITER增強熱負荷第一壁項目團隊正在攻堅克難。 中核集團核工業西南物理研究院 供圖隨著原型件所有手指的制造和最終的裝配推進，2022年11月，ITER增強熱負荷第一壁完成了首件制造，初步檢測表明該部件的核心指標優于設計要求，具備了批量制造的條件。諶繼明指出，這也標志著中國全面突破了“ITER增強熱負荷第一壁”的關鍵技術，實現該項核心科技的全球領跑，為下一階段的批量生產，按期按質按量向ITER國際組交付產品，保障ITER裝置的順利運行提供了條件。
要保證核聚變進行的潔凈環境，就需要真空室內所有部件不能有冷卻劑泄漏。“如果等離子體和核聚變被污染，反應便不可持續。”諶繼明介紹，因此，2018年，團隊成功開發了一項模擬聚變實際運行工況的氦檢漏技術，在250攝氏度高溫和4個兆帕，即40個大氣壓的高壓情況下進行檢測。在科技部的支持下，團隊成功研制了全球首項能夠檢測部件且檢測結果達到ITER要求的技術，并向ISO國際組織提出申請，成功立項一項聚變堆承壓部件高溫高壓熱氦檢漏方法的國際標準。
“這是全球核聚變領域的中國智慧，意義重大。”諶繼明表示，這一由中方牽頭推薦的國際標準將成為全球核聚變領域的首個國際標準，為核聚變工程領域做出貢獻。“希望我們按期甚至提前交付部件，及早地履行我們的國際的承諾，共同助力‘人造太陽’早日從理想變為現實。”諶繼明說。(完)
