加入国际热核聚变实验堆（ITER）计划的10年间，我国陆续承担了18个采购包的制造任务，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件 □ 本报记者 李亮子 焦红霞 10年的时间在人类漫长的历史长河中不值一提，但是，中国加入国际热核聚变实验堆（ITER）计划后的每一分每一秒都值得铭记。从2007年我国正式加入ITER开始，10年的时间，我国陆续承担了18个采购包的制造任务，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件。中国作为ITER的参与国之一，在替补入场的情况下，面临没有参与前期工程设计、完全依照国外的标准体系和材料要求的不利局面下，取得了重大突破，解决了一系列聚变工程关键技术难题。 2017年7月3日晚，东方超环（EAST）装置在世界上首次实现了5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行，那一刻，人们仿佛看到在世界可控核聚变领域，中国崛起的身影！ 集百家之力破万种难题 ITER十年，是展示中国创造和制造实力的十年。 ITER计划是目前世界最大的多边国际科技合作项目之一，是世界领域内仅次于国际空间站的国际大科学工程计划。其目的是通过建造反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术的可行性。ITER计划是世界上第一个核聚变实验堆，是最终实现磁力约束核聚变能商业化应用必不可少的关键一环。 我国作为ITER重要的参与国，承担了9.09%的采购包任务，尽管参与份额与美国、俄罗斯、日本、韩国、印度持平，但承担的建设任务却是整个ITER计划中技术难度最大的。极向线圈导体、包层第一壁、包层屏蔽块、磁力支持系统以及诊断系统等，几乎囊括了ITER项目整个工程建设的难点和重点。 核聚变中心研究员潘传红介绍说：“此前美、俄、日、欧四方，在十几年时间内，投入15亿美元进行设计，2001年正好完成。我国2007年加入ITER计划之时，相应的设计方案已经做完，我们需要对其设计技术进行解读和消化。当时，我们原以为不存在瓶颈技术，但实际上却发生了一些技术难题，需要我们组织专家进行不断地分析、会诊。科技部为此专门投资4.67亿元人民币，用于采购包关键技术或者瓶颈技术的研发。” 我国相关的技术人员针对采购包任务存在的难题进行深入研究，在核聚变关键技术、托卡马克壁材料及偏滤器关键技术、等离子体控制等诸多方面取得突破性进展。 2008年，中方指出ITER电源原设计方案存在设计风险和不安全性，并提出新的设计方案，该方案在2012年顺利通过初步设计评审，2014年顺利通过最终设计评审，之后被ITER组织批准实施。目前ITER所有的电源方案，均采用中国的设计。 ITER第一壁采购包半原型部件，也是我国负责研发的，该部件于2016年成功通过了高热负荷试验认证，在世界范围内率先实现了该类部件的高热负荷测试。中国的增强热负荷第一壁技术已达到国际领先水平，相关技术被ITER国际组织推荐应用到ITER偏滤器上，类似成果不胜枚举。科技部部长万钢对中国加入ITER计划10年来取得的成绩表示高度认可。万钢说：“10年来，有关部门、科研院所、企业和高校共同推动ITER计划的组织实施，集众智、汇众力，在各自领域为ITER计划作出了贡献。” 10年的实践表明，在ITER计划七方中，中方采购包制造任务执行情况一直保持良好，项目控制到位、质量管理过硬、资源配置合理。 借世界优势建自主品牌 ITER10年，也是中国核聚变工程技术厚积薄发的10年。 我国加入ITER计划，在平等参与世界核聚变领域课题研究的同时，也在为建设我国自主知识产权的核聚变实验堆积累经验，同时也要带动相关产业的技术进步。 中科院院士万元熙告诉记者：“在核聚变领域中，因为有稳定的经费和人力的聚集，所以在过去的10年中，我们相关产业同样取得了巨大的进展：中国的超导工业、超导技术，因ITER而得到了长足的发展；高功率的连续波加热系统，遥控机器人的维护、维修系统、材料系统、大型低温系统、大型电源系统等方面，为适合未来聚变堆需要的相关产业都得到了显著进步。10年来，中国在聚变领域的各个产业链都迅速发展，有的甚至已经走到了世界的前列。” 我国的能源结构以多煤、贫油、少气著称，可再生能源消费占比不高，能源问题一直是影响我国经济发展的重要问题，如果能研发成功具有自主知识产权的商用核聚变反应堆，将彻底解决目前存在的能源问题。 中国工程院院士李建刚说：“从5年前开始，我们设计中国工程聚变堆，加入ITER后，我们在自己的土地上，用自己的聪明才智，团结全世界的力量来建中国的核聚变堆。我们的一期目标、二期目标非常明确，一期要做到采取ITER技术，建设20万千瓦核聚变堆，实现稳定、可靠、安全到自持和稳态运行。二期目标是以自主创新为主，做100万千瓦的示范项目，探索示范堆的重大科学和技术问题。研究聚变堆材料、发电效率，开展核聚变电站的安全性和经济性研究，为本世纪中叶，在我国独立自主大规模建设核聚变电站奠定坚实的科学技术基础。” 记者了解到，我国已先后建成并升级改造了中国环流器二号A和东方超环EAST，用于在近堆芯的高参数条件下，研究等离子体的稳态和先进运行，深入探索实现聚变能源的工程、物理问题。 李建刚表示：“通过两年的实践，我们非常有信心，未来可以实现二期100万千瓦的示范堆建设目标。” 依计划时间谋无限发展 未来ITER时代，中国的科学家对核聚变发展充满信心，更要发出自己的“好声音”。 据了解，ITER有预期的规划时间表，要在2025年～2034年实现一期400秒以上的D-T燃烧等离子体实验，后续二期3000秒以上的长脉冲燃烧等离子体。因此，对各国采购包的交付时间和交付条件有明确的规定。 中核集团核工业西南物理研究院（以下简称“西物院”） 院长刘永在接受本报记者采访时表示：“目前，我国参与的18个采购包任务都在各方努力下有条不紊地开展各项工作，并取得阶段性进展。按照ITER的设计方案要求，屏蔽包层第一壁的材料需要承受每平方米4.7兆瓦的热量，如此高温足以让1公斤的钢铁瞬间融化。我国的科研人员用三种材料组成的三明治结构，并在和多个国家的竞争中率先摸索出让三种材料紧密结合的创新工艺。在权威机构进行的试验中，该材料经受住了比设计标准还高20%的极端高温环境考验。2016年11月16日，ITER组织与中方签署了ITER第一壁采购包安排协议。我可以很自豪地说，我们国家在ITER项目中没有拖后腿，相反，我们是走在前面的。” 不仅如此，我国在核聚变自主研发领域也有非常具体的时间表和人才发展战略。李建刚介绍说：“2017年，我国要启动堆芯参数设计、热粒子控制研究、辐射场计算等相关工作。明年将开展堆芯物理模拟、制定核安全法规和安全要求体系。到2020年，需要完成自治的工程物理参数设计报告，主机/辅助系统工程设计通过专家组最终评审。” 在人才培养方面，李建刚表示，10年前，国家科技部等四部委开展了人才培养计划，希望通过4年能够培养1000个工程、物理和管理人才，目前上述人才已经在ITER发挥着重要作用。截止到2016年年底，超过3400名科学家加入到这个特殊项目，其中高级专业人才占59%，如今，核聚变实验室装置已进入高校，在后续人才培养上，我国始终没有间断。 ITER计划实现最终目标，目前还有诸如包层技术、氚自持、材料、远程维护等众多难题需要解决。第1个10年，我国已经顺利完成任务；第2个10年，我国需要完成交付第一个实验模块。 中国的科学家对ITER未来的发展充满信心，随着中国在ITER中的地位不断提高，ITER组织里也有大量来自中国的声音。泱泱五千年的文明古国，正在以一个崭新的姿态屹立于世界民族之林，在核聚变发展的历史画卷中留下了深深的中国烙印。 11月28日-29日，由科技部基础司、合作司、资管司、核聚变中心共同主办的“ITER十年——回顾与展望”会议在中国科技会堂召开。图为会议现场。（中国国际核聚变能源计划执行中心供图）