ITER:“人造太陽(yáng)”的中國(guó)之光

錢(qián)煒

ITER計(jì)劃，即“國(guó)際熱核聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆”，這一當(dāng)今世界上最昂貴的大科學(xué)工程又被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。作為這一計(jì)劃的七個(gè)成員之一，中國(guó)剛剛成立了新一屆國(guó)家磁約束核聚變專(zhuān)家委員會(huì)，一個(gè)針對(duì)未來(lái)20年中國(guó)核聚變發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃也正在著手制定

今年11月前后，第一根導(dǎo)體就將從合肥中科院等離子體物理研究所運(yùn)出，送往法國(guó)南部小城卡拉達(dá)什，這意味著，盡管此前曾經(jīng)遭到40多名院士的反對(duì)，但中國(guó)參與ITER計(jì)劃的步伐，將邁出實(shí)質(zhì)性的一步。

ITER計(jì)劃，即“國(guó)際熱核聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆”，總投資高達(dá)百億歐元，號(hào)稱(chēng)當(dāng)今世界上最昂貴的大科學(xué)工程。相對(duì)于核裂變，核聚變被看成是更潔凈、更安全的能源。這是因?yàn)?，核裂變是將鈾、钚這些較重的原子核，裂變成較輕的原子核并釋放出能量。但鈾與钚都具有高放射性，而且，全球的鈾資源也十分有限。

相比之下，核聚變的優(yōu)點(diǎn)就非常明顯，它是將氫的同位素——氘和氚兩個(gè)較輕的原子核，聚合成較重的原子核并釋放出能量。在這一過(guò)程中，氘沒(méi)有放射性，氚雖有高放射性，但卻是利用鋰在反應(yīng)堆中生成，反應(yīng)一停止，氚就不產(chǎn)生。此外，從資源的獲得來(lái)考量，海水中含有大量的氘，而鋰也是全球儲(chǔ)量最為豐富的資源之一。

由于核聚變也是太陽(yáng)產(chǎn)生能量的原理，因此，ITER計(jì)劃又被稱(chēng)形象地稱(chēng)作“人造太陽(yáng)”。眼下，在卡拉達(dá)什，這個(gè)“人造太陽(yáng)”初現(xiàn)雛形——一個(gè)用來(lái)容納反應(yīng)堆裝置的17米深的大坑已經(jīng)挖成，施工人員正在里面安裝500根強(qiáng)化鋼筋混凝土柱，用以防震。

千億元“會(huì)費(fèi)”的“俱樂(lè)部”

中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)劃執(zhí)行中心副主任羅德隆愛(ài)用“俱樂(lè)部”這個(gè)詞來(lái)指代ITER組織。目前，ITER組織的成員有7家，分別為歐盟、日本、俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)、印度和韓國(guó)。而在2001年之前，這個(gè)強(qiáng)國(guó)俱樂(lè)部只包括歐美俄日4家，并一直拒絕中國(guó)的申請(qǐng)。羅德隆分析說(shuō)，當(dāng)時(shí)除了意識(shí)形態(tài)上的排斥，更主要是因?yàn)橹袊?guó)的科研水平還不夠。

直到2001年，由于美國(guó)退出，ITER成員國(guó)出于分?jǐn)偨?jīng)費(fèi)的考慮，希望擴(kuò)大參與國(guó)的范圍。于是中國(guó)趁機(jī)再次申請(qǐng)加入，2003年，中美同時(shí)坐到了ITER組織的談判桌旁。

羅德隆說(shuō)，此前，巴西、澳大利亞等國(guó)也曾希望加入，但都拿不出那么多錢(qián)——這個(gè)俱樂(lè)部有著天價(jià)“入門(mén)會(huì)費(fèi)”，即每個(gè)成員國(guó)要至少承諾10%的投入，約合人民幣1000億元。

在中國(guó)的申請(qǐng)過(guò)程中，以中科院數(shù)學(xué)物理學(xué)部為主的40多名院士就曾直接上書(shū)中央表示反對(duì)，其主要理由就是經(jīng)費(fèi)昂貴。

但如今，質(zhì)疑聲已開(kāi)始稀落，中國(guó)開(kāi)始在核聚變研究上發(fā)力。

今年5月底，新一屆國(guó)家磁約束核聚變專(zhuān)家委員會(huì)成立，一個(gè)針對(duì)未來(lái)20年中國(guó)核聚變發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃也正在著手制定，計(jì)劃將于年內(nèi)出爐。與此同時(shí)，中國(guó)承包ITER計(jì)劃的12個(gè)項(xiàng)目也在按預(yù)定計(jì)劃一一開(kāi)展。其中第一個(gè)項(xiàng)目——導(dǎo)體的研制工作已經(jīng)完成，并通過(guò)了瑞士SULTAN實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試。按規(guī)定，每個(gè)成員國(guó)完成的導(dǎo)體樣品，都要預(yù)先送到瑞士進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)測(cè)試達(dá)標(biāo)后，方可開(kāi)始生產(chǎn)。

“從‘十一五開(kāi)始，國(guó)家對(duì)核聚變研究的支持就明顯加大了力度，超過(guò)以往任何時(shí)期。這主要是因?yàn)?，現(xiàn)在我國(guó)的財(cái)力有了很大提高，再者，對(duì)能源問(wèn)題再怎么重視也不過(guò)分，科學(xué)界要為今后的能源問(wèn)題尋出路?！绷_德隆強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

重在參與

參與ITER能帶給中國(guó)什么？羅德隆表示，加入這個(gè)俱樂(lè)部，不僅出于戰(zhàn)略能源考慮，而且能通過(guò)這樣一個(gè)國(guó)際化的平臺(tái)，提升中國(guó)在若干高新技術(shù)領(lǐng)域的水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。此外，從人才培養(yǎng)到項(xiàng)目管理、國(guó)際合作，在這幾個(gè)方面也都是有益的嘗試。

ITER計(jì)劃的任務(wù)分配十分精細(xì)，并不是哪家會(huì)做什么，就讓它全部承包，因?yàn)槊總€(gè)國(guó)家都想?yún)⑴c核心部件的制造。打個(gè)比方，一輛汽車(chē)有4個(gè)輪子，本該是一家工廠全包了，但按照ITER的做法，而是每家各做一個(gè)，讓大家都來(lái)參與一部分。以導(dǎo)體為例，每個(gè)成員國(guó)都生產(chǎn)一部分，中國(guó)承擔(dān)的比例是7%。

在整個(gè)ITER計(jì)劃中，中國(guó)一共承擔(dān)了12個(gè)采購(gòu)包的建設(shè)，涵蓋了ITER裝置最核心的部分。據(jù)羅德隆的粗略估算，整個(gè)裝置50%～60%的零部件技術(shù)，中國(guó)都有涉及。

“通過(guò)參與ITER計(jì)劃，很多東西我們都是從原來(lái)不會(huì)做，到做出來(lái)，并做得更好，甚至比這個(gè)俱樂(lè)部里的其他國(guó)家做得更好?！绷_德隆說(shuō)。

拿導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，這個(gè)外觀形似電線，實(shí)則凝聚著多項(xiàng)高科技的物體，在ITER計(jì)劃的反應(yīng)堆裝置中，被用來(lái)繞成線圈，通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，屬于反應(yīng)堆裝置中的核心部件。

在研制導(dǎo)體時(shí)，一些關(guān)鍵技術(shù)都已解決了，導(dǎo)體的管子質(zhì)量怎么也過(guò)不了關(guān)。ITER裝置對(duì)導(dǎo)體的拉長(zhǎng)比有較高要求，而起先中國(guó)做出來(lái)的導(dǎo)體，一拉就斷?！捌鋵?shí)這就是個(gè)工程問(wèn)題，但在ITER的建設(shè)過(guò)程中，就會(huì)遇到很多類(lèi)似這樣的事情。”

在國(guó)際上，日本有著較成熟的導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)，而中國(guó)過(guò)去從沒(méi)做過(guò)。但是現(xiàn)在，根據(jù)SULTAN實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果，中國(guó)制造的導(dǎo)體性能，已超過(guò)了日本產(chǎn)品。

不過(guò)，中科大核科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)萬(wàn)元熙指出，ITER涉及34項(xiàng)核心科學(xué)工程技術(shù)和管理項(xiàng)目，中國(guó)僅參與了其中11項(xiàng)，這意味著，有60%以上的核心科學(xué)工程技術(shù)和管理項(xiàng)目沒(méi)有中國(guó)的參與。

上個(gè)月，科技部成立了一個(gè)總體設(shè)計(jì)組，目的在于借力ITER計(jì)劃，學(xué)習(xí)整個(gè)磁約束核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，為今后自主發(fā)展核聚變能作鋪墊?！皡⑴c建ITER顯然不是中國(guó)的最終目標(biāo)?！绷_德隆強(qiáng)調(diào)。

人才掣肘

如果中國(guó)要想在這個(gè)國(guó)際項(xiàng)目中學(xué)習(xí)到更多，就需要派更多的人進(jìn)入到ITER組織中去工作。但現(xiàn)在的問(wèn)題是，中國(guó)派不出去人。

據(jù)了解，目前，中國(guó)在ITER組織里的工作人員只有20名，是各國(guó)中總?cè)藬?shù)最少的。按照中國(guó)10%的貢獻(xiàn)比例，相應(yīng)地本應(yīng)有40～50名的人員配額。

“我們選送出去的都是很優(yōu)秀的人才，但往往是因?yàn)檎Z(yǔ)言、表達(dá)能力以及自信程度等其他因素，在面試這一關(guān)總是通不過(guò)?！?對(duì)此，羅德隆將其原因歸結(jié)為：人才的國(guó)際化程度不夠。

解決的辦法，他說(shuō)，是派訪問(wèn)學(xué)者出去，“免費(fèi)地”為ITER組織里的用人部門(mén)工作，等到他們被對(duì)方所熟悉和接受之后，再參加面試，正式上崗。

羅德隆指出，不僅是在ITER組織內(nèi)急需加大中方的供職人數(shù)，在國(guó)內(nèi)，核聚變理論、實(shí)驗(yàn)及工程領(lǐng)域同樣有著巨大的人才缺口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有具有豐富聚變核物理和工程經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員不足200人。而參照ITER計(jì)劃，到2020年，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造聚變實(shí)驗(yàn)堆工程，所需專(zhuān)業(yè)人員就要1200人，這還只是一個(gè)保守的估計(jì)。

為徹底解決這一問(wèn)題，今年3月底，科技部、教育部、中科院與中核集團(tuán)在合肥聯(lián)合召開(kāi)會(huì)議，討論核聚變?nèi)瞬排囵B(yǎng)問(wèn)題，會(huì)后下發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)磁約束核聚變?nèi)瞬排囵B(yǎng)工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》。

該文件提出，圍繞中國(guó)磁約束核聚變研究和ITER裝置建設(shè)與運(yùn)行，以需求為導(dǎo)向，利用10年左右時(shí)間，培養(yǎng)2000名相關(guān)各類(lèi)人才，逐步構(gòu)建起一個(gè)層次、布局、學(xué)科合理的磁約束核聚變科學(xué)與工程研究和技術(shù)研發(fā)的人才培養(yǎng)體系。

“這個(gè)人才培養(yǎng)計(jì)劃將只面對(duì)研究生，并且是多學(xué)科的，不僅包括核聚變物理的研究，還涵蓋工程、管理等多個(gè)方面。”羅德隆說(shuō)。

“太陽(yáng)”照常升起？

在羅德隆小的時(shí)候，科學(xué)家就預(yù)測(cè)，50年后，也就是現(xiàn)在，核聚變就能實(shí)現(xiàn)商用。但最新的預(yù)測(cè)是，核聚變的商業(yè)應(yīng)用還需要等下一個(gè)20年、30年。不過(guò)，如今，ITER計(jì)劃讓人們看到了切實(shí)的希望，這是商業(yè)化應(yīng)用的最關(guān)鍵一步。等到ITER計(jì)劃完成后，下一步就是建示范堆，那就是核聚變商用的前夜了。

然而，3月上旬的日本地震與海嘯，不僅打擊了全球核電，也使尚在襁褓中的ITER計(jì)劃受到?jīng)_擊。日本承擔(dān)了ITER計(jì)劃中20%的制造、建設(shè)任務(wù)。位于東京東北部100公里之外的日本原子能開(kāi)發(fā)研究機(jī)構(gòu)Naka核聚變研究所，負(fù)責(zé)研制和測(cè)試反應(yīng)堆裝置中磁體和加熱兩個(gè)系統(tǒng)。但該所建筑被地震破壞，其中，測(cè)試磁體的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)施遭到嚴(yán)重毀壞。

對(duì)此，羅德隆透露說(shuō)，“不排除讓別家來(lái)代替日本做這部分工作，但各方的生產(chǎn)線都是有限的，所以這樣的調(diào)整也是較困難的。”

ITER計(jì)劃總干事本島修也在上個(gè)月表示，除非絕對(duì)必要，否則他并不情愿將日本承擔(dān)的工作轉(zhuǎn)移到其他成員國(guó)。但如果在6個(gè)月內(nèi)不能修復(fù)該設(shè)施，他將另尋安排。新的日程表和可能的調(diào)整計(jì)劃都將于今年12月底之前出臺(tái)。

在技術(shù)上，羅德隆指出，最大的困難還是等離子體的控制問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外都已做了很多前期工作?！霸诳茖W(xué)研究上，可預(yù)見(jiàn)的障礙大多都是能克服的，問(wèn)題是，一定還存在著不可預(yù)見(jiàn)的困難。不過(guò)我們有信心，預(yù)計(jì)到2050年左右，磁約束核聚變將能實(shí)現(xiàn)商用。”★