[記者魏凡曹思齊]利用核聚變獲得像太陽一樣源源不斷的清潔能源，是人類長久以來的夢想。在利用可控核聚變“種太陽”方面，中國一直走在世界前列。2020年12月，由中核集團核工業西南物理研究院聚變科學研究所研制的新一代“人造太陽”——中國環流器2 M裝置(HL-2M)首次放電。在承擔這一高科技科學項目的76人中，有57人是35歲以下的年輕人。今年五四青年節，這支勇攀科技高峰的隊伍獲得了第26屆“中國青年五四獎章集體”。近日，記者采訪了中國“植日”團隊，聽他們講述在外國技術封鎖下，如何實現中國“聚變能源夢”的故事。

核心部件由中國自主設計制造。

中核集團核工業西南物理研究院聚變科學研究所副所長鐘在接受記者專訪時表示，“‘人造太陽’因其資源豐富、環境友好、內在安全，將成為未來人類的理想能源，也是最終解決人類社會能源和環境問題的有效途徑，對我國經濟社會發展和產業建設具有重要的戰略意義?！?/p>

然而，與核裂變原理在核電站的成熟應用相比，人類想要“控制”熱核聚變反應，卻面臨著諸多問題和挑戰。

鐘說，核聚變的條件非?？量?，這個過程首先需要在極高的溫度條件下進行?！霸雍吮仨氂凶銐蚋叩膭幽?，比如溫度達到幾億度，才能克服原子核之間的庫侖斥力，相互靠得足夠近，這樣短程核間引力才能發揮主要作用?！贝送?，還需要為高等離子體密度創造條件?！半碗霸雍说拿芏茸銐蚋?，可以提高由于原子核之間的碰撞而發生核聚變反應的概率?！钡獙崿F可控核聚變，需要維持較長的能量約束時間?！爸挥虚L時間保持高溫高密度的核反應條件，核聚變反應才能繼續?！?。

在鐘看來，核聚變的原理雖然簡單，但核聚變能源的發展是對人類科技極限的挑戰，因為它要求等離子體的離子溫度、密度和能量約束時間的“三重積”必須在人為控制下達到一定值?？茖W上把這種維持核聚變反應堆能量平衡的特殊條件稱為“勞森判據”?！爸挥泻司圩兎磻尫懦鲎銐虻哪芰?，才能維持核聚變反應堆的運行，并有可觀的能量輸出，聚變反應才能繼續?！?/p>

根據中國核能發展“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰略，中國的目標是自主研發核聚變能源堆。其中，新一代“人造太陽”是我國發展核聚變能源的重要舉措，標志著我國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造和運行技術，將為我國下一步自主設計和建造聚變堆奠定堅實基礎。

鐘說，新一代“人造太陽”是中國目前規模最大、參數能力最高的磁約束核聚變實驗研究裝置。它采用先進的結構和控制方式，等離子體體積是國內現有裝置的兩倍以上，等離子體電流容量提高到2.5 mA以上，等離子體離子溫度可達1.5億度，可實現高密度、高比壓、高自舉電流運行。同時，該裝置也是世界上第一個具有百萬安培等離子體電流下實現各種先進偏濾器位形能力的先進核聚變研究平臺?！霸撗b置的核心部件由中國自主設計和制造。它是實現我國核聚變能源發展跨越式發展的重要支撐裝置， 也是中國消化吸收國際熱核聚變實驗堆(ITER)技術不可或缺的平臺，是世界上最大的國際合作項目之一。

突破技術封鎖提升中國制造。

據記者了解，新一代“人造太陽”由真空室、線圈系統、發電機組、支撐結構等核心部件組成。在中國這個“人造太陽”的背后，是一系列打破國外技術封鎖、填補國內空白的勵志故事。

以真空室為例，該裝置為“人造太陽”放電實驗提供了超真空環境，用來容納上億度的高溫等離子體，比空間環境的真空度低幾個數量級。在設計研發初期，“種太陽”團隊走訪了10多家大型制造企業，均被告知該設備設計精度高、制造難度大、薄壁件焊接變形控制難、國內缺乏相關經驗，無法加工。團隊將科學的設計參數細化為可實現的工程圖紙，以聯合研發、手把手教學的方式指導廠家加工。經過六年的艱苦探索， 團隊制造了國內首個D形截面特殊材料雙層雙曲率薄壁件全焊接環形超高真空容器，相關工藝和技術指標達到國際領先水平。

線圈系統為“人造太陽”裝置的放電實驗提供了約為地球磁場5萬倍的強磁場，用于精確穩定地控制上億度的高溫等離子體。根據原設計方案，線圈制造原采用“利用舊，改造”的方案。隨著建設的深入和國際核聚變研究的快速發展，R&D團隊發現，如果采用“新發展”，可以保證設計參數達到國際先進水平，甚至部分可以領先，但發展風險極大，創新可能失敗。面對進退兩難的局面，團隊選擇了更具挑戰性的“新發展” 基于大量的科學計算和分析。他們首創了國內運行電流最大、磁場最強的D型位板可拆卸環向磁場線圈，突破了國內大截面異型、內圓異型無氧銅管的原有產能極限，創造性地掌握了國內大尺寸異型高強鉻鋯銅材料制造技術，多項工藝領先于國外一流設備。

發電機組是為“人造太陽”提供運行動力的巨型“充電寶”，單次釋放能量可達1300兆焦耳，功率相當于秦山一期核電站。研究團隊攻克了大型立式六相脈沖發電機的超高功率轉差率調節、電制動等技術，研制出我國第一臺具有完全自主知識產權的大型立式脈沖發電機，可負擔百萬人口城市的基本用電，部分指標也領先國際水平。

鐘說，為保證裝置性能滿足堆芯等離子體參數條件下的物理實驗研究需要，“人造太陽”的工程技術難度和工藝復雜度大大增加，不斷挑戰國內相關工程技術的極限?！懊绹院诵募夹g為由，禁止銷售建造‘人造太陽’所需的高強度膨脹螺栓。面對這個必須解決的‘卡脖子’問題，我們從浩如煙海的文獻中找到了突破口。經過上百種材料對比和上千次試驗，我們終于攻克了關鍵技術，打破了國外封鎖，生產出了一種沒有國內生產先例的大尺寸高強度膨脹螺栓，降低了近90%的生產成本，大大節約了科研經費?！?/p>

也正是通過這種高強度的技術攻關，“人造太陽”R&D團隊掌握了多項核心技術。通過與大型國有企業合作攻關，極大地提高了企業復雜產品的R&D能力和裝備制造水平，在推動技術創新的同時，也促進了產業技術升級。

深化國際合作，貢獻中國力量

2006年，中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度共同簽署了國際熱核聚變實驗堆(ITER)項目啟動協議，這是世界上規模最大、最具影響力的國際科學項目之一，也是中國平等參與的最大的國際科技合作項目。

據鐘介紹，這個項目也是“人造太陽”的團隊與包括日、俄、歐盟在內的世界上30多個主要核聚變研究機構和國際組織的最大合作項目?！爸袊浴降然锇椤纳矸菁尤隝TER計劃，約占其貢獻的9%，其中超過70%是以實物貢獻的形式，即研究和制造ITER的設備部件。中方按時、高標準、高質量交付相關任務，采購包完成質量和進度位居ITER七方前列，有力推動了項目實施，得到了參與各方的充分肯定?！?/p>

鐘認為，中國參與這一國際科學項目，無疑增強了中國領導國際科學項目的能力。通過深化國際合作與交流，中國還在借鑒國際受控核聚變實驗裝置的設計、建造和運行的成功經驗，以彌補其不足?！皡⑴cITER計劃是中國磁約束核聚變能源研發計劃的關鍵一步?；谥袊偶s束核聚變的研究現狀，在中國建設未來聚變堆仍面臨一些關鍵的科學和技術挑戰。下一步，中國核聚變的發展應充分利用ITER的建設和運營，注重人才培養和技術儲備， 并加快發展ITER未覆蓋的未來聚變堆關鍵技術，有效解決聚變堆自主設計建設面臨的短板和瓶頸問題，形成良性高效的核聚變產業發展格局。"

鐘還表示，在參與的十年間，中國的聚變研究也從技術“跟隨”和“并駕齊驅”達到了局部“領先”。作為消化吸收ITER技術的重要平臺，新一代“人造太陽”十年來也培養和造就了一批具有參與大型科學工程能力的高層次科技人才?！包h中央加快建設世界一流的人才中心和創新場所，完善人才發展的體制機制，加大對青年的科學研究。這些措施對十年來我國科技創新發展的巨大變革起到了重要的推動作用?！?/p>