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      ITER:“人造太陽(yáng)”的中國(guó)之光

      2011-05-14 17:16:37錢(qián)煒
      中國(guó)新聞周刊 2011年22期
      關(guān)鍵詞:人造太陽(yáng)德隆核聚變

      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。”★

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