“我國核聚變技術已從過去的跟跑到并跑,再到部分技術達到國際領先水平,目前已位于國際第一方陣。”兩會現場,全國政協委員、中核集團聚變領域首席科學家段旭如 對《中國能源報》記者表示。
此外,段旭如還表示,從目前核聚變技術的發展來看,估計2050年前后將實現聚變能商用,因此20—30年應該是一個比較合理的預期。但也不排除隨著高溫超導、人工智能、先進材料等一批高新技術的發展,這個時間表在一定程度上有提前的可能性。
中國能源報: 在您看來,我國核聚變研發目前處于一個怎樣的階段?在國際上處于什么地位?近年來都取得了哪些重要進展?
段旭如: 通過幾十年的發展,我國核聚變研發取得了長足進步,尤其是自參加國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃以來,相關科研實力得到了極大提升。在聚變科研方面培養了一批具有國際視野的人才,建成了多座國際先進的研發平臺,核聚變技術已從過去的跟跑到并跑,再到部分技術達到國際領先水平,目前已位于國際第一方陣,與國際同步處于科學研究向實驗堆工程驗證過渡的關鍵階段。
近年來,我國核聚變研究又取得了一系列重要進展。在裝置運行方面,國內當前規模最大、參數能力最高的新一代人造太陽中國環流三號(HL-3)實現150萬安培等離子體電流高約束模運行,刷新了我國磁約束聚變裝置等離子體運行參數紀錄,標志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運行邁出重要一步。東方超環首次實現千秒級高約束模長時間放電,對于我國自主掌握托卡馬克放電控制技術具有重要意義。
同時,我國聚變堆關鍵技術研發也取得了一系列重要進展。在聚變堆“點火”所需的外部加熱技術方面,我國研發的射頻負離子源中性束實現單級加速電壓超160KV,平均束流密度超270A/m2,技術指標國際領先。在聚變堆涉核關鍵技術方面,我國ITER產氚包層系統率先通過了ITER設計評審,制造出全球首個全尺寸聚變堆產氚包層驗證模塊,率先完成ITER增強熱負荷第一壁全尺寸原型件認證,并發布全球首項核聚變領域國際標準。繼圓滿完成ITER托卡馬克主機安裝第一階段任務后,2024年中核集團牽頭的中法聯合體與ITER進一步簽署真空室模塊組裝合同(SMSA),成為目前ITER項目主機安裝的唯一承包商,這極大提高了我國在國際大科學工程中的參與度和話語權,為我國下一步自主建造聚變實驗堆、示范堆奠定了基礎。
中國能源報: 您曾預測,再過20—30年“人造太陽”將為人類提供清潔高效安全的新型能源 ,這個時間表有提前實現的可能嗎?
段旭如: 核聚變能源的實現時間表是否會提前,取決于多個因素,包括研發投入、科技創新、人才隊伍、監管法規等。當前,核聚變能研發正處于科學實驗邁入實驗堆工程的重大戰略機遇期。而要實現聚變能源應用,仍面臨諸多技術挑戰。這包括聚變等離子體穩態燃燒、聚變堆耐輻照抗高熱負荷材料、氚自持三大關鍵技術與挑戰,以及聚變堆核安全、聚變堆熱電轉換等問題。實驗堆-示范堆-商用堆的聚變堆工程發展路徑,有助于充分釋放技術風險,是核能走向能源應用的客觀規律。
從目前核聚變技術的發展看,估計2050年前后將實現聚變能商用,因此20—30年,應該是一個比較合理的預期。但也不排除隨著高溫超導、人工智能、先進材料等一批高新技術的發展,這個時間表在一定程度上有提前的可能性。
中國能源報: 目前國內參與研發資源較多,如何有效利用這些資源,加快核聚變產業高質量發展?
段旭如: 可控核聚變是前沿顛覆性科技,具有技術難度大、投資成本高、研發周期長等特點,需要跨學科合作、長期積累和持續穩定投入。我國開展核聚變能研發已有60多年的歷史,特別是通過深度參與ITER計劃及我國政府對核聚變能源開發的重視,國內一批企業、科研機構、高校在核聚變裝置科研、工程建設、聚變實驗堆部件制造及大科學工程管理等方面培養了一定規模的人才隊伍,積累了經驗。
核聚變作為能源領域的未來產業備受市場關注,除了長期深耕該領域的相關科研機構、中央企業、高校,近年來國內部分民企以及社會資本也積極參與核聚變技術研發。然而,面對實現核聚變能源應用所亟待解決的一批關鍵技術挑戰,如聚變等離子體穩態燃燒、聚變堆材料以及氚自持等,我國現有儲備,無論是人才還是研發資源尚不足以應對,還需新建一些工程難度大、投資高的關鍵研發平臺。
這需要國家統籌布局,充分發揮我國新型舉國體制的優勢,協調好現有優勢科研團隊力量,有效集中人才與資源集智創新。要利用好中央企業集團的科技創新主體作用,依托企業在工程設計、材料生產、裝備制造等領域的產業賦能優勢,通過組建產業聯盟等方式,打通科研機構、企業等構成的創新鏈存在的“堵點”。要發揮好民營資本在產業孵化、市場運營等方面的優勢,共同加快推動企業主導的“產學研用”協同創新。
此外,要不斷探索優化協同范式,打造創新科技金融支持體系,鼓勵商業資本積極參與和投入行業關鍵技術研發,形成開放包容、鼓勵原創的新局面,共同促進我國核聚變能事業高質量發展。