每一項技術(shù)都逼近了極限
1億攝氏度，1000秒。這兩個數(shù)字是橫亙在中國科學院等離子體研究所核物理科學家和全球科學界面前的兩座難以跨越的山峰。
要讓核聚變?yōu)槿祟愃茫鸵馕吨央?、氚的等離子體瞬間加熱到1億攝氏度，并至少持續(xù)1000秒，才能形成持續(xù)反應。而這正是“東方超環(huán)”EAST的使命。上億攝氏度和零下269攝氏度，每一個極限都是科研領(lǐng)域的高、精、尖難題，開拓創(chuàng)新就意味著挑戰(zhàn)極限。
“傳導、對流和輻射造成能量的損失，為了最小的輻射損失，就得全部用真空。我們用五層真空，做成最大的‘保溫杯’，實現(xiàn)了一億攝氏度和零下269攝氏度‘冰火兩重天’的結(jié)合。”宋云濤告訴記者，要獲得更長放電時間，幾乎所有的技術(shù)都要用到當今世界技術(shù)的極致。
事實上，與全球規(guī)模最大的能源合作項目——國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)相比，EAST只有其1/4大小。但麻雀雖小，五臟俱全，EAST的成功經(jīng)驗已經(jīng)支撐了ITER的建設。如研制出可通過90千安電流的高溫超導電流引線，使ITER制冷電耗每年減少2/3以上；證明ITER磁體電源設計方案存在的風險，并設計出新方案。
“目前，中國在ITER七方采購包進度中已成為第一位。在核聚變領(lǐng)域，中國人再也不是可有可無的‘小角色’。”宋云濤自豪地說。
在基礎科研創(chuàng)新的同時，EAST也帶動著我國核聚變相關(guān)高科技加工業(yè)的發(fā)展。
加工的難度在于材料。要控制上億攝氏度的等離子體，第一層屏蔽層重量就達8000噸。在等離子體所超導導體生產(chǎn)大廳中，宋云濤指著堆疊了兩人多高的環(huán)形導體告訴記者：“這些導體每一根價值都在3000萬元人民幣以上。”這些外表看起來再普通不過的導管，卻內(nèi)藏乾坤：每根線管里都是1000根頭發(fā)絲一樣細的導線擰成的超導電纜。
這些超導線可謂EAST和ITER的“生命線”。因為地球上再耐熱的材料也會被核心區(qū)1億攝氏度的聚變反應燒化，而要讓反應產(chǎn)生的等離子體和裝置內(nèi)壁保持一定的距離，就離不開這些超導線。“它們每秒可以通過6萬安培的電流，產(chǎn)生10萬高斯的磁場，形成一個強大的‘電磁籠’，把等離子體懸浮起來。”宋云濤解釋說。
然而，在EAST建立之前，這項技術(shù)尚未誕生。“之前我國的超導線總共加起來才有26公斤，而現(xiàn)在除了供給ITER每年所需的150噸預定以外，產(chǎn)量還綽綽有余。”宋云濤說。
ITER很多部件都代表著高附加值，是國際競爭的熱點。“這個線圈重396噸，比EAST所有的線圈加起來還大。我們的價格比日本的還高100萬元人民幣， 我們是以技術(shù)和質(zhì)量取勝。中國人‘賣白菜’的歷史一定會盡快地結(jié)束！”宋云濤說。
未來幾年或啟動聚變工程試驗堆
熱核聚變在過去50年中發(fā)展非常之快。世界上第一個真正意義上的“人造太陽”，是國際熱核聚變實驗堆ITER，要在20年左右能夠在大規(guī)模的、幾十萬千瓦的基礎上運行較長的時間，就需要驗證聚變的工程可行性，而東方超環(huán)正是為此進行驗證實驗其可行性。
讓5000萬攝氏度等離子體持續(xù)100.12秒，這是目前EAST取得的成績，也是當前國際核聚變反應最好的成績。EAST差不多16—17個月左右的時間，綜合參數(shù)能夠翻一倍。“EAST必將對ITER及下一代聚變裝置作出更多世界級的、獨一無二的貢獻。”
核聚變到底什么時候才能實現(xiàn)？未來中國的核聚變到底怎么做？面對上述問題，宋云濤表示，我國現(xiàn)在正在做的EAST實驗裝置，加入了ITER國際合作，有望再過幾年后建造中國自己的工程堆，才能夠演示發(fā)電。
我國下一代核聚變裝置——中國聚變工程試驗堆(CFETR)已于2011年開始進行設計研究。在過去的幾年里，項目集中了我國磁約束聚變研究的骨干力量，形成目標明確的國家隊，在吸收消化ITER和國際磁約束聚變堆設計和技術(shù)的基礎上，大膽創(chuàng)新，完成的CFETR設計方案可與ITER相銜接和補充。同時，該項目推動了廣泛國際合作，世界聚變研究發(fā)達國家美國、德國、法國、意大利等已經(jīng)全面參與CFETR的設計；俄羅斯同行也表示未來更加深入?yún)⑴cCFETR計劃。
目前，CFETR裝置已經(jīng)完成設計研究并開始了工程化設計，有望在未來幾年啟動。宋云濤滿懷信心地說，“有了它以后，有望在50年到60年之后實現(xiàn)商用化”。
來源：http://www.chinanews.com/cj/2017/07-13/8276310.shtml
