實習(xí)記者 | 蔣習(xí)
在核聚變標準領(lǐng)域,中國率先邁出一大步。
3月8日,中核集團官微消息稱,3月6日,國際標準《反應(yīng)堆技術(shù)-核聚變反應(yīng)堆一核聚變堆高溫承壓部件的熱氦檢漏方法》(標準編號為ISO 4233: 2023)正式發(fā)布。
該標準由中核集團統(tǒng)籌組織,核工業(yè)西南物理研究院主導(dǎo)編制,中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院核工業(yè)標準化研究所參與編制。
這一標準是中國首項核聚變領(lǐng)域的國際標準,也是國際標準化組織(ISO)發(fā)布的全球首項核聚變領(lǐng)域國際標準。這提升了中國在國際核聚變領(lǐng)域的影響力,填補了ISO核聚變領(lǐng)域的標準空白。
ISO標準制定過程大致可分為六個階段,即提案階段、準備階段、技術(shù)委員會階段、詢問階段、批準階段和出版階段。出版階段即對外正式發(fā)布。
核聚變被認為是解決人類能源需求的終極方案。與目前廣泛應(yīng)用的核裂變相比,核聚變不產(chǎn)生核廢料、輻射少、不產(chǎn)生有害及溫室氣體,更為清潔、高效和安全。
實現(xiàn)核聚變發(fā)電的難點包括如何實現(xiàn)上億度點火和穩(wěn)定長時間約束控制。目前全球正在研究的可控核聚變技術(shù)路線,主要包括磁約束和激光慣性約束等。
慣性約束需要用超大功率激光器產(chǎn)生激光束,射向一個含氘氚的氫球形靶丸上使其崩潰,并產(chǎn)生1億攝氏度左右的高溫,從而觸發(fā)氫原子聚變,釋放大量能量。
磁約束聚變需要利用強大磁場約束氘氚等離子體,在高溫高壓下發(fā)生原子核互相聚合作用,實現(xiàn)可控核聚變,目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場箍縮及磁鏡等。
其中,托卡馬克(Tokamak)裝置是主攻方向之一。這是一種環(huán)形容器,用磁場形成一個“磁籠”將等離子體束縛住,創(chuàng)造氘、氚實現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫,實現(xiàn)受控核聚變。
核聚變裝置運行時,真空室內(nèi)涉核部件會面對一億攝氏度以上高溫等離子體和聚變強中子輻照,對承壓部件的真空密封性能有極高要求。
熱氦檢漏則是檢驗聚變堆真空室內(nèi)部件(即堆芯部件)真空密封性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是有效保障聚變堆安全穩(wěn)定的運行最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
中核集團稱,核工業(yè)西南物理研究院率先研發(fā)了熱氦檢漏方法,建成中大型熱氦檢漏設(shè)備,制定了核聚變相關(guān)專項標準,并上升為國際標準。其核心指標滿足國際熱核聚變實驗堆(ITER)的嚴格要求,達到了國際領(lǐng)先水平。
ITER是全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。2006年,中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度共同簽署了ITER項目啟動協(xié)定。2008年,中國全面開展ITER計劃工作,承擔(dān)了其中約10%的研發(fā)制造任務(wù)。
核聚變是中國核能發(fā)展實施“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰(zhàn)略的最終一步。目前,中國磁約束核聚變技術(shù)的研究已處于世界前列。
中國從上世紀60年代開始研究可控核聚變,主要依托于隸屬中核集團的核工業(yè)西南物理研究院、隸屬于中國科學(xué)院的合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所等。
1983年,核工業(yè)西南物理研究院建成了中國環(huán)流器一號(HL-1),標志著中國核聚變研究從理論進入試驗階段。
2006年,中國自行設(shè)計、研制的全球第一個全超導(dǎo)托卡馬克EAST核聚變實驗裝置成功完成首次工程調(diào)試,并于2007年3月通過國家驗收,之后實現(xiàn)多次放電。這一裝置由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研發(fā)。
2022年5月28日,EAST創(chuàng)造新的世界紀錄,成功實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行。這將此前創(chuàng)造的1億攝氏度20秒原紀錄延長了5倍。
2020年12月4日,由核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計、建造的新一代“人造太陽”裝置(HL-2M)建成。HL-2M即中國環(huán)流器二號M裝置,為目前中國最大、參數(shù)最高的托卡馬克裝置。
2022年10月20日,HL-2M取得了突破性進展——等離子體電流突破100萬安培(1兆安),創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運行新紀錄,標志著中國核聚變研發(fā)距離聚變點火邁進了重要一步,躋身國際第一方陣。