人类距离用上核聚变能源还有多远？段旭如委员：2050年左右有望实现
人类距离实现可控核聚变的实际应用还有多远？关于这个问题，一直存在一种戏称：核聚变是一项距离成功“永远还有50年”的技术。这种说法一方面折射了核聚变科研和工程技术的难度，另一方面，也与早期人们对核聚变的研究不够深入有关：随着研究逐步推进就会发现，有很多过去没想到的技术挑战又凸显出来，攻克这些未知的挑战又需要时间。从目前的技术攻关进展来看，实现核聚变应用并非遥遥无期。全国政协委员、中核集团核聚变堆技术领域首席专家、国际热核聚变实验堆（ITER）计划科技咨询委员会副主席段旭如接受澎湃新闻采访时表示，若依托现有核科技工业体系的基础，凝聚核工程领域具有专业经验和技术基础的相关研究单位和企业，逐步搭建聚变能的技术开发体系和工业体系，集中力量开展核聚变工程和技术攻关，再经过三十年左右的时间，也就是到2050年左右，人类可以使用上核聚变能源。
段旭如介绍说，我国受控核聚变研究早在二十世纪五十年代就开始了，几乎与国际上受控核聚变研究同步。自2006年参加ITER计划以来，中国承担了ITER装置重要关键部件的制造任务。立足国内研究、充分利用ITER项目搭建的国际合作平台，中国的聚变研究得到了快速发展，磁约束核聚变研究从过去的跟跑步入了并跑阶段，部分技术达到国际领先水平。
“对中国而言，参加ITER计划是我国磁约束核聚变能研发计划中的关键一步，将积累聚变堆建造、运行相关经验。我国自主建造未来聚变堆仍面临部分关键科学与技术挑战，需提前布局，一一攻克。”段旭如对澎湃新闻称，位于成都的我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）预计今年年底开始更高参数的实验运行。该装置为我国深度参与ITER计划及未来自主设计、建造和运行聚变堆提供重要支撑。
以下为澎湃新闻与全国政协委员、中核集团核聚变堆技术领域首席专家段旭如的对话实录：
澎湃新闻：中国环流器二号M装置于2020年12月投运，目前取得了哪些研究进展？该装置将为我国自主建设核聚变堆提供哪些技术支撑？
段旭如：HL-2M装置于2020年12月建成并实现首次放电，表明我国掌握和拥有了大型托卡马克装置的设计、建造、运行经验和技术，具备了开展堆芯级等离子体物理实验的硬件平台，为我国核聚变研究的发展提供更广阔的空间。
未来聚变堆等离子体运行参数高，代表聚变装置及聚变研究水平的聚变三乘积（燃料离子温度、密度、能量约束时间三个参数乘积）必须超过10^21m^-3﹒keV﹒s。提升等离子体电流可显著提升等离子体密度极限和能量约束时间等关键参数，对提升我国聚变研究装置聚变三乘积具有重要意义。国际上只有少数几个装置能实现兆安培高参数等离子体运行，该条件下的一些新物理和技术问题亟待研究和解决。
我国新建成的HL-2M采用了更先进的结构与控制方式，其等离子体体积提高到国内现有装置的2倍以上，等离子体电流能力从国内现有装置的1兆安培提高到2.5兆安培以上。为实现以上高参数运行条件，HL-2M装置首次放电以来研发和升级了其主机的第一壁、低温、运行控制、高功率加热等核心系统，预计今年年底开始投入实验运行。
下一步， HL-2M装置将筹划与ITER及聚变堆相关物理实验，HL-2M的离子温度可达到1.5亿度，可实现与聚变堆相关的高密度、高比压、高自举电流等离子体运行，将提高我国对聚变堆等离子体物理的认知并积累相关运行控制经验；此外，通过HL-2M装置可掌握或突破聚变堆工程相关技术，比如高功率辅助加热和电流驱动、偏滤器排灰排热、聚变产物诊断等关键技术。
因此，这将为提升我国核聚变能开发的竞争力和自主创新能力，充分利用好我国现阶段具备能力运行在堆芯级等离子体参数条件下的先进实验平台（HL-2M装置），提升核聚变物理认知、掌握聚变堆关键核心技术，从而为我国深度参与ITER计划及未来自主设计、建造和运行聚变堆提供重要支撑。
澎湃新闻：近来关于核聚变的新闻不少，比如2月上旬，欧洲联合环（JET）在5秒内产生了能量输出为59兆焦耳的稳定等离子体。这一结果意味着什么？相较于其他正在推进聚变研究的国家，中国可控核聚变技术处于什么水平？
段旭如：可控核聚变的科学可行性已经在上个世纪90年代得到了证实，欧洲联合环（JET）和美国的TFTR装置都获得了聚变反应功率，也是目前世界上仅有的两个开展过氘-氚聚变反应实验的可控磁约束核聚变装置。
JET是目前世界上在运行的尺寸最大的托卡马克装置，1997年获得了世界最高的16.1MW聚变功率记录，和当时最高记录的22MJ聚变能量。2021年开展的第二轮氘-氚反应实验已创造了59MJ聚变反应总能量的世界纪录。本轮实验代表了目前在ITER装置运行前的氘-氚聚变反应最高水平，为ITER装置的实验运行验证了多项关于氘氚聚变运行控制、第一壁材料和氚处理等关键技术，该进展验证了相关预测模型的准确性，对ITER的运行计划提供了实验支撑，也对未来聚变堆的研发提供了实验基础和数据支撑。
我国受控核聚变研究早在二十世纪五十年代就开始了，几乎与国际上受控核聚变研究同步，到上世纪60年代中期，我国建立了专业的核聚变研究所，也就是现在核工业西南物理研究院的前身。从那时开始，我国就有了专业的团队来从事核聚变的研究。后来中国科学院也成立了相关单位，再加上后来一些高校及研究机构也在不断参与其中。
中国自2006年参加ITER计划以来，承担了ITER装置重要关键部件的制造任务。立足于国内研究，充分利用ITER计划这一良好国际合作平台，我国的聚变研究得到了快速发展，磁约束核聚变研究从过去的跟跑步入了并跑阶段，部分技术达到国际领先水平。
比如，核工业西南物理研究院研发的第一壁采购包半原型部件在2016年成功通过高热负荷测试，在世界上率先通过认证，同时也带动了我国其他相关领域技术发展。2019年，中核集团牵头承担了ITER迄今金额最大的主机总装1号合同（TAC1），该合同的签订标志着我国核聚变技术与人才积累、核电建设能力以及国际影响力获得国际聚变界认可。
然而，我国磁约束聚变装置的综合运行参数（聚变三乘积）与国际领先水平相比仍有差距。另外，我国尚无能开展氘氚聚变实验的磁约束聚变装置，与聚变堆运行和燃烧等离子体物理相关的经验缺乏，对中国而言，参加ITER计划是我国磁约束核聚变能研发计划中的关键一步，将积累聚变堆建造、运行相关经验。我国自主建造未来聚变堆仍面临部分关键科学与技术挑战，需提前布局，一一攻克。
澎湃新闻：根据我国核工业中长期发展远景目标，到本世纪中叶要实现核聚变能的应用。但截至目前，核聚变的商业化应用仍然存在很大的不确定性。未来30年，我们有望看到核聚变进入商业示范堆阶段吗？当前还面临哪些难点亟待攻克？
段旭如：可控核聚变研发已经从原理探索，大规模实验逐步迈入到反应堆工程实验阶段，现在我们对核聚变技术的认知愈加清晰，特别是ITER项目的建设，让第一个电站规模的聚变堆成为现实。同时核工程很多技术有了长足的进步，让科研人员更加清楚地认知到未来核聚变电站要用到的一些技术、需要攻克哪些技术，比如在足够宽的运行区间维持其结构及热导特性的抗中子辐照材料研发、氚自持技术等，一些与聚变核工程相关的关键技术在ITER计划启动后才受到重视，我们还需要建立或利用其它设施来开展，比如用于聚变堆材料与部件考验的聚变中子源等。
若依托现有核科技工业体系的基础，凝聚核工程领域具有专业经验和技术基础的相关研究单位和企业，逐步搭建聚变能的技术开发体系和工业体系，集中力量开展核聚变工程和技术攻关，再经过三十年左右的时间，也就是到2050年左右，人类可以使用上核聚变能源。
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