在古希臘的神話中，泰坦巨人普羅米修斯盜得天火將人類帶入光明世界的故事為人們所熟知。而今天這個神話故事的“現(xiàn)實版”正在我們身邊上演——一項被稱為“人造太陽”、以解決能源問題為終極目標的核聚變能源研究已經(jīng)默默開展了50多年。
2013年6月24日，《國際核工程》網(wǎng)站上刊登了這樣一條消息：國際熱核聚變實驗堆（ITER項目）主體工程托卡馬克裝置綜合體建設工作啟動，該項目進入了全面建設階段。很快，該消息被新華社、國家能源局、百度等媒體、網(wǎng)站、論壇紛紛轉(zhuǎn)發(fā)。
沉寂了許久的受控核聚變研究而今走進公眾視線，恰逢中國加入ITER第十個年頭。作為ITER項目七方成員之一的中國，在ITER項目中扮演了什么角色，未來中國核聚變研究將如何發(fā)力？帶著上述問題，中國核工業(yè)報記者采訪了中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心主任羅德隆。
十年：中方合伙人
國際熱核聚變實驗堆計劃，又稱ITER計劃，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。由中國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國等七方共同實施。
“在ITER項目中，中國承擔10%的科研、設備制造采購等任務，并全面參與該項目的決策和管理。”在羅德隆看來，耗資100多億歐元，吸引全世界核聚變領域科學家和工程技術人員參加，規(guī)模僅次于空間站的能源科技合作項目中，中國扮演著越來越重要的角色。
“這里邊最重要、最艱難的任務是組織國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)界研制加工制造ITER計劃所需的部件和子系統(tǒng)，每項任務稱為一個采購包。” 羅德隆說。據(jù)介紹，我國承擔的12個采購包，基本涵蓋了ITER計劃的核心關鍵部件，包括：環(huán)向場線圈和極向場線圈導體、校正場線圈、磁體支撐、磁體饋線、磁體支撐、高壓變電站設備、交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電源無功補償系統(tǒng)、氣體注入及輝光放電清洗系統(tǒng)、第一壁（高熱負荷部件）、中子屏蔽模塊和數(shù)套等離子體診斷系統(tǒng)等。
目前，我國已與ITER國際組織（IO）簽署11個采購包安排協(xié)議，完成37份國內(nèi)研制和加工制造合同的簽署。其中，中國研制的ITER超導導體等部件的性能在參與的七方中處于領先地位，部分采購包進展處于前列。
最讓羅德隆等ITER中國中心工作人員自豪的是，今年6月，中方首個運往ITER現(xiàn)場的部件——極向場（PF）五號線圈用認證銅基導體順利抵達目的地。該導體不僅是中方首個運輸至ITER現(xiàn)場的部件，也是ITER計劃執(zhí)行以來，各成員方中第一個成功運往ITER現(xiàn)場運輸?shù)拇笮筒考?/p>
導體的成功交付表明，中國是唯一做到所有導體試驗品全部一次性通過嚴格苛刻的國際驗證的國家，產(chǎn)品性能優(yōu)異，處于七方前列。
“PF導體采購包是外方內(nèi)圓的異型導體，其制造工藝復雜，包括焊接工藝、無損檢傷技術、導體成型及收繞技術等。”羅德隆告訴記者。對于中方的表現(xiàn)，ITER組織總干事本島修曾多次給予肯定：“中方在ITER計劃進度執(zhí)行方面處于引領地位。”
十年：產(chǎn)業(yè)化能力漸成型
在國際核聚變研究中，很長一段時間，美國、日本和歐盟等保持著明顯的優(yōu)勢，因此一起被納入國際核聚變的第一陣營。而中國在過去十年的發(fā)展中，則被視為第二陣營中崛起最快的國家。
“十年前，中國的核聚變研究還只是“跟蹤發(fā)展”的態(tài)勢，而經(jīng)歷十年的發(fā)展，如今中國已經(jīng)擺脫 ‘追尋’的姿態(tài)，大有走向世界前沿的架勢。”據(jù)羅德隆介紹。
我國加入ITER本身的目的就是要通過參加ITER裝置的建造和運行，全面掌握磁約束核聚變研究和技術成果，鍛煉、培養(yǎng)一支高水平聚變科研和工程技術人才隊伍；帶動我國其他相關領域的技術發(fā)展，推進我國核聚變能源的研究發(fā)展。“現(xiàn)在看來，通過這十年鍛煉，我們的確朝著這個目標邁進一大步。” 羅德隆說。
“最大的變化有兩方面，一是通過ITER項目，中國核聚變的發(fā)展環(huán)境在得到改善。二是我們的項目管理、科研開發(fā)、人才培養(yǎng)、設備制造等能力得到了大幅提升。”回憶起十年前我國核聚變的發(fā)展，羅德隆用“寂寞”兩個字來形容。
早在1933年，即發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象5年前，人類就發(fā)現(xiàn)了核聚變。隨后，世界各國開始展開了核聚變研究，試圖和平利用受控核聚變，以解決未來能源危機。而我國在1965年制定的“12年科學規(guī)劃”中也決定開展“人造太陽”的研究。
“但事實上，在很長一段時間內(nèi)，核聚變開發(fā)在我國并沒有成為主流認識。”羅德隆介紹說。在參加ITER之前，雖然我國對這項研究非常重視，也在不斷加大投入，但與美國、日本、歐洲這些經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)相比，我們的投入“相當薄弱”。因為缺乏資金，中國聚變研究的青年科技人才隊伍曾一度面臨枯竭的危機。但隨著我國加入ITER組織，參與的人越來越多，認識上不斷提升，社會各方給予了很大的支持，并最終成立了ITER中國這個專業(yè)機構(gòu)。
除了環(huán)境的改變，產(chǎn)業(yè)能力的提升更讓羅德隆引以自豪。“對我們來說目前最重要的工作還是做好項目管理工作，來確保ITER項目的質(zhì)量和時間節(jié)點的順利進行。“羅德隆說。
今天的中國ITER中心已建立起完整的質(zhì)量管理推進體系。通過內(nèi)審、日常檢查、管理評審等方式確保體系的有效運行，切實滿足“做我所寫，寫我所做”的質(zhì)量管理要求；同時繼續(xù)依托外審、監(jiān)造等方式對供應商采購合同執(zhí)行過程進行監(jiān)控，帶動各級供應商針對ITER計劃完善自身質(zhì)保體系，進一步優(yōu)化ITER計劃實施合格供應商管理，形成供應商管理的正反饋，為形成中方全鏈條、全流程的“大質(zhì)量管理體系”的長效管理奠定了基礎。
通過完整的項目管理體系，中方承擔的采購包任務進展順利，各項目齊頭并進，碩果累累。羅德隆告訴記者：“我國已累計簽署11個采購安排協(xié)議。貢獻額已完成中方全部采購包額度的85%，略高于ITER組織采購包部署安排進度。同時采購包任務也執(zhí)行良好，各供應商積極部署任務實施，以順利通過ITER組織及第三方檢測，陸續(xù)起運日本和歐洲。“
如果說項目管理帶動下已取得了累累碩果，那么，扎扎實實的開展科研能力建設便是成果的根基。位于成都的核工業(yè)西南物理研究院和合肥的中科院等離子物理研究所，就得益于該項目所帶來的科研能力提升。
“這兩家科研院所是我國核聚變領域最重要的兩家單位。這十年來，通過ITER計劃的牽引，我們的科研成果可以說震驚了世界。”羅德隆說。如今，在科研基礎能力建設方面，中方與國際間設計數(shù)據(jù)交換頻繁，設計任務進展順利。“我們要和法國合作成立核聚變協(xié)作實驗室；我國建成世界首個全超導托卡馬克EAST，已經(jīng)實現(xiàn)100秒的偏濾器放電和長時間的高約束放電。HL-2A最高電子溫度達5500萬攝氏度。今年年初EAST又獲重大實驗成果，其輔助加熱工程的中性束注入系統(tǒng)在綜合測試平臺上成功實現(xiàn)100秒長脈沖氫中性束引出，初步驗證了系統(tǒng)的長脈沖運行能力。”
“ITER計劃本身采用了大量的新技術，大家都是從零起步。但對于相關設備制造的基礎條件，卻有很高的要求。采購包的研制工作對國內(nèi)制造業(yè)有著非常好的推動作用。”在談到設備采購和制造時羅德隆表示，比如超導線圈的導體，在過去超導導體的制造上，我們國家的制造量非常有限，其中Nb3Sn（鈮3錫）股線的生產(chǎn)能力只有公斤量級，現(xiàn)在我們提供的超導體是百噸級。ITER主機共有18個超大級磁體，每一個的重量相當于一架波音747客機重量。這對于國內(nèi)的制造業(yè)來說是機遇也是個挑戰(zhàn)。
“比如環(huán)向場線圈導體，過去我們國家并沒有成熟的技術， ITER項目一開始，國內(nèi)就有研究院所成立企業(yè)公司，并逐步從‘不能做’到‘能夠做’再到國際上的領先水平。所需的Nb3Sn股線，從原來被美國OSD公司壟斷，到現(xiàn)在很多國外廠家也希望能從我國進貨。”“中國核聚變工業(yè)化能力的提升，獲得了國際同行的認可，現(xiàn)在ITER總部也請一些專家來和我們一起研究部件加工制造方面的問題，我國核聚變能源技術總體上處于與國際高端同步發(fā)展的水平，從而把我國設備加工制造的總體能力，帶到了一個國際化的更高的平臺。”“只有這樣，世界核聚變研究領域中的中國元素才格外醒目。”羅德隆說。
下一個十年：發(fā)力中國實驗堆
如果說上一個十年，ITER的牽引使世界認識了中國的核聚變科研能力，中國融入了世界的核聚變開發(fā)，那么下一個十年中國核聚變的發(fā)力點在哪里？
“參加ITER計劃，是我國核聚變能發(fā)展的前所未有的機遇，符合我國未來發(fā)展的能源戰(zhàn)略，標志我國進入世界核聚變能源研究的先進行列。參與其中不僅為我國在核聚變能源研究方面進入世界最前沿提供了可能，也將為我國未來自主開展核聚變示范堆乃至商用堆設計、建造奠定基礎。”對于未來的發(fā)展，羅德隆顯得胸有成竹，“下一個十年，或更長時間，中國要做兩件事，一是通過ITER計劃的實施，全面掌握核聚變堆的設計、建造和運行經(jīng)驗；二是啟動中國核聚變工程實驗堆設計工作。”
據(jù)了解，對于前者，中國除了通過采購包的前期技術開發(fā)和部件的加工制造，來獲取和掌握ITER的設計和制造技術外，還向ITER組織派遣了大量工作人員。“目前，我們已經(jīng)由十年前的每年12人增加到了現(xiàn)在的每年30人左右。我們希望，在未來35年內(nèi)，中國通過全面參與ITER裝置的建造、運行，以及國內(nèi)的其他配套科研項目，能夠培養(yǎng)出自己的人才隊伍。”
而對于后者，據(jù)羅德隆透露，國家科技部組建了以中國工程院萬元熙院士為首的總體設計組,積極開展我國自主研發(fā)核聚變工程實驗堆的相關設計工作。”
