能源是发展的动力,是人类共同面临的挑战。当 今世界可利用能源稀缺,工业社会对化石能源的争夺无比激烈。我国“人造太阳”因此成为科学攻坚的大课题,以期用核聚变原理,凭借地球无限的原料进行发电,创造出终极能源。
科学家把基础研究分为探索自然规律的基础研究和有应用目标导向的基础研究两大类,后者是由应用任务牵引,主要关注的是国家重大战略需求和经济社会发展面临的重大挑战。能源被认为是新一轮科技革命的重要方面,而我国要在2060年前实现碳中和的目标,更增加了创造和使用清洁能源的紧迫性。“人造太阳”大科学装置的设立,就是从国家急迫需要和长远需求出发,试图解决能源紧缺的重大问题。
人造太阳用专业术语叫磁约束核聚变。爱因斯坦的一个公式是能量等于MC2 ,就是把任何一个很小的质量,乘上光速的平方以后,可以得到巨大的能量,这就是核能运用的原理。现在世界上一共有400多个核电站,都是用这种原理。
产生聚变非常困难,一定要把它点到3.5亿摄氏度,才能满足聚变发生的条件。采用的办法之一是磁悬浮,可以把气体加热到上亿摄氏度,用磁场把它悬浮起来,这个时候不接触到任何材料,就能够实现核聚变。
“人造太阳”安全可靠,因为聚变从先天性来讲,具备固有安全性。因为它本身的功率密度非常之低,随时可以停下来,不会对环境、对公众形成危害,我们的实验室就在合肥市中心。做能源大约分三个阶段:第一个叫科学可行性,就是科学上这个原理是对的;第二个在工程上是可行的;第三个就是经济上是便宜的。苏联科学家阿齐莫维奇发明了托卡马克,全世界都开始遵循这一研究模式。在过去的50年中间,全世界大约建了一百个托卡马克,每一个托卡马克都作出了巨大的贡献。托卡马克是苏联人发明的,要想学,最好的一个办法是跟苏联人去学。在上世纪80年代末,苏联的维利霍夫院士有一个托卡马克T7,愿意赠送给其他国家,然后他们自己做更好的。当时霍裕平院士听说这件事,觉得非常之好,因为这是能够快速地掌握这个技术的一个最好办法。所以我们就要了,当然不是白要,而是用其他东西去换。站在别人的肩膀上面,我们做出了很多的改进。
2020年7月28日,ITER计划(“人造太阳”——国际热核聚变实验堆计划)重大工程安装启动仪式在法国总部举行,标志着由此前成员国制造零部件的阶段,正式转换到装置组装阶段。30多个国家精诚合作,众多世界顶尖科学家和工程师参加,参与国家的人数总和超过全球人口的一半。“国际热核聚变实验堆计划”承载着人类和平利用核聚变能的美好愿望,计划实施以来,中方始终积极贡献着中国智慧和中国力量。
耗资耗时耗力的“人造太阳”的目标是发电。我们在核聚变堆设计、关键部件的研发和制造等方面,已进入世界先进行列。聚变一个最重要目标就是产生能源,就是发电。发电一个最重要目标就是经济,从经济上来讲,聚变电站做大了是经济的。我们建第一个堆,大约需要六七百亿元,未来商用堆差不多需要200亿元左右。这样一个电站,5到8年就能收回成本。如果随着材料的不断发展,能够做得更便宜。这就是未来的聚变一可以没有二氧化碳的产生,也不用去烧煤,更不用担心出事故。前景是美好的,但是道路是曲折的,初步判断还要再等上一二十年才有可能建成。希望在2049年,就是新中国成立100年的时候,我们能用上聚变的电站,而且所有的关键部件必须国产化,这样就不再受制于人。
人类一旦解决了能源问题,这个世界将会更加美好。长期以来,我们中国聚变人都有一个梦想,就是未来如果有一盏灯能被聚变能点亮的话,这盏灯一定要、也必须在中国。
(摘编自李建刚《“人造太阳”何时“亮”起来?》)