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核聚变商业化有望在本世纪中叶实现安眠

发布时间:2016-10-10 16:37内容来源:新电力网 点击:

北极星太阳能光伏网讯:耗资100多亿欧元,吸引世界顶尖科学家参加,参与各方人口总和超过全球人口的一半……在这个本世纪最为雄心勃勃的能源科技合作项目——国际热核聚变实验堆(ITER)计划中,中国正扮演着重要的角色。

今年秋天,由我国承担的ITER计划任务中的首个导体采购包可望出关,运往目的地。“我们对其质量、性能有信心。”中国国际核聚变能源计划执行中心副主任罗德隆表示,在ITER计划中,中国研制的ITER超导导体、屏蔽包层等部件的性能在参与7方中处于领先地位,部分采购包进展处于前列。

ITER计划最新进展怎样?中国承担项目完成进度如何?我国培养核聚变人才将如何发力?日前,中国国际核聚变能源计划执行中心副主任罗德隆接受科技日报记者专访,解答了相关热点问题。

“中方承担采购包基本涵盖了ITER核心部件,工作进展顺利”

科技日报:听说您刚参加了在法国总部召开的ITER组织理事会管理咨询委员会,能否介绍一下ITER计划项目工程的最新进展。

罗德隆:ITER计划自2007年正式进入装置建造阶段,已实施4年多,预计2019年底实现第一等离子体放电,这是建设阶段的标志性时间节点,大家正朝着这个目标积极努力争取。日本承担了ITER计划中16%的制造任务,地震对日本生产制造能力造成严重破坏。目前,ITER国际组织召集各方专家成立专门工作组,全面评估日本地震对总进度特别是实现第一等离子体放电时间的影响,及弥补措施。如果拖延生产的部件不是在关键路径上,造成的影响就不大。

科技日报:中国在ITER计划承担的项目进展如何?

罗德隆:按照ITER谈判结果,我方承诺承担的12个采购包制造任务(即实物贡献),约占建造阶段我国总贡献的80%。中国在整个计划中进度很好,虽然我国承担的采购包还没出关,但目前检测性能不错,我有信心能按预定时间和目标交货。

科技日报:我国主要承担了哪些项目?参与建造的是ITER的核心部分吗?

罗德隆:虽然ITER装置建造在法国,但每个成员国是在各自国家制造零部件,部件分配方案在谈判时就已经定下来。谈判是个复杂的过程,每个国家都想做核心部件,因为这需要诀窍,如果现在没做过,以后可能也做不出来。

我国承担的12个采购包基本涵盖了ITER核心关键部件,涉及环向场线圈导体、极向场线圈导体、校正场线圈、磁体支撑以及磁体馈线和校正场线圈导体等。当然,这不是说我们把ITER关键部件全做了,而是只做一部分,好比做车轮,会做一个,其余3个也没问题。总体来说,在采购分配方面,我方承担的采购包任务有利于集中人力、物力、财力掌握ITER计划的核心技术,有利于提高我国超导技术、稀有金属材料技术、高温高电压技术等众多领域的研究开发和制造能力。

“我国能够以10%的投入,享受100%的知识产权”

科技日报:ITER计划也是我国迄今为止参加的规模最大的大科学工程国际合作项目。任何大科学工程就像其他科学课题一样,有风险,也有机遇,如何衡量和看待这种选择?

罗德隆:首先,ITER计划无法通过一个国家研发制造完成。核聚变是两个轻核(一般是氢的同位素:氘[D]和氚[T])聚合成一个较重的原子核,同时释放出巨大能量的过程。早在上世纪50年代初人类就实现了聚变核反应——氢弹的爆炸,但要利用聚变时释放出的巨大能量,必须对剧烈的聚变核反应加以控制,这就是受控核聚变。在研究初期,科学家们认为受控热核聚变的成功,会像氢弹一样,指日可待。但经过几十年的努力,受控热核聚变还未能实现。

ITER计划的目的是建造一个聚变实验堆,探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性,为实现聚变能商业应用奠定基础。ITER不是直接商业应用的装置,而是科研实验装置,通过国际合作可以分担科研的风险,也可共同分享成果。

ITER计划早期被称为“强国俱乐部”,它是1985年由美苏两国首脑倡议提出,由美、苏、欧、日共同启动。1998年,美国退出ITER计划。我国从2003年正式加入ITER计划谈判。同期,美国重返ITER计划。直到2007年,由中、欧、日、韩、俄、美6方组成的ITER国际组织正式成立(印度后来加入)。我国贡献比例约10%,其中约80%以实物方式(即制造、提供ITER装置部件)投入,约20%以现金方式投入。

ITER装置不仅反映了国际聚变能研究的最新成果,而且综合了当今世界相关领域的顶尖技术。参加ITER计划,是我国核聚变能发展前所未有的机遇,符合我国未来发展的能源战略,标志我国进入世界核聚变能源研究的先进行列。

科技日报:虽然“风险共担”,但参与国都希望从中得到回报。中国在ITER计划建设中的投入占总额的10%,这种投入,会有什么回报?

罗德隆:在知识产权方面,中国通过参与该项目,有权使用ITER计划工程设计阶段的技术成果,对ITER计划实施中产生的知识产权,平等享有获得许可使用的权利。简单地说,就是能够以10%的投入,享受100%的知识产权。最关键的是,我们将培养、锻炼一批能够掌握和利用这些知识产权的科学研究和工程技术人才,为我国未来自主开展核聚变示范堆乃至商用堆设计、建造奠定基础。

“聚变能商业化将在本世纪中叶或者稍晚实现”

科技日报:能具体描述一下,ITER是个什么样的装置?

罗德隆:ITER设计总聚变功率将达到50万千瓦,是一个电站规模的实验反应堆。其作用和任务是,用具有电站规模的实验堆证明氘氚等离子体的受控点火和持续燃烧,验证聚变反应堆系统的工程可行性,综合测试聚变发电所需的高热流与核部件,实现稳态运行。

ITER场址设在法国南部埃克斯以北的卡达哈什。2008年,ITER装置进入实地建造阶段。它占地180公顷,共由39栋建筑组成,实验堆主体直径28米,高30米,聚变功率相当于50万千瓦电站的核反应堆。按当前计划,ITER装置预计2019年基本建成,预计2027年开展氘氚聚变实验。

科技日报:请展望一下ITER的商用前景。有具体时间表吗?

罗德隆:ITER计划将用35年时间,建造、运行一个可持续燃烧的托卡马克型聚变实验堆,以验证聚变反应堆的工程技术可行性。

托卡马克是俄语环向场磁体线圈的简称,是核聚变物理实验装置,其原理是利用环向磁场对高温等离子体进行约束,进而实现可控核聚变。ITER从1988年开始概念设计到2001年完成《工程设计最终报告》,就历时13年之久。

ITER计划建造制造阶段10年左右,预计2019年建设工程完成,实现第一等离子体放电;ITER运行与开发利用阶段20年左右,2027年,科研人员进入,进行氘氚试验;去活化阶段预计需要5年时间,最后是退役阶段,交给东道国法国实现装置退役。

国际核聚变界对ITER计划及其后聚变能源发展比较普遍的看法是,建造和运行ITER的科学和工程技术基础已经具备;再经过示范堆、商业聚变核电站(商用堆)两个阶段,聚变能商业化将在本世纪中叶或者稍晚实现。

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