问鼎人类终极能源中国人在奔跑——中国环流器二号 M 装置建成
来源:尖兵之翼
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作者:盛安陵
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发布时间: 2020-12-30
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万物生长靠太阳。支撑人类社会发展的一切能量来自太阳，而太阳的能量则来自核聚变......
2020 年初冬的一个下午，在成都西南角的中核集团核工业西南物理研究院，中国环流器指挥控制中心突然沸腾了。大家相互击掌祝贺 , 有的人眼里还噙满了泪花。此时，位于大厅中央的巨型屏幕上，一道电光闪过，稍作间歇又是一道，频繁闪烁……由该院自主设计建造的新一代先进磁约束核聚变实验研究装置中国环流器二号 M 装置（HL-2M）成功放电。“这标志着 HL-2M 已经建成。为了这一刻，大家拼搏了许多个日日夜夜。”中核集团核西物院中国环流器二号 M 项目负责人刘永说，“作为我国新建的的先进托卡马克装置，HL-2M 等离子体离子温度可达到1.5 亿摄氏度，可实现高密度、高比压、高自举电流运行，将大力提升我国堆芯级等离子体物理研究及相关关键技术研发先进水平，为我国深度参与 ITER 计划及自主设计建造聚变堆提供重要技术支撑。”
ITER“卫星”
万物生长靠太阳。支撑人类社会发展的一切能量来自太阳，而太阳的能量则来自核聚变。
其实，核聚变并不神秘，只要将氢的同位素氘和氚的原子核无限接近，使其发生聚变反应，就能释放出巨大能量。然而，原理看似简单，但要让聚变反应持续可控，可以说难于上青天。
据刘永介绍，要实现可控核聚变反应，必须满足三个苛刻条件：一是温度要足够高，使燃料变成超过1 亿摄氏度的等离子体；二是密度要足够高，这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。
这就是聚变界通常所说的“三乘积”中的要素——离子温度、密度和能量约束时间。别小觑这三要素，自上世纪 50 年代至今，国际聚变界的科学家们可谓前赴后继、攻坚克难、煞费苦心、孜孜不倦，但仍然面临巨大的挑战。为此，ITER 计划被推出集全世界力量以攻克难关；中国成为七方重要成员之一。
其实，中国可控核聚变研究与世界几乎同步。自1955 年钱三强、李正武等老一辈科学家提议开展“可控热核反应”以来，取得了一系列重要科研成果。特别是 1965 年核西物院成立后，先后发展了脉冲磁镜、一号（HL-1）。这是我国核聚变研究史上的一个重要里程碑，标志着我国可控核聚变研究从原理探索进入规模化实验研究新阶段。从此，中国核聚变研究由小到大、由弱到强，进入高质量发展的新阶段。2002年，由核西物院建造的中国环流器二号 A（HL-2A）成为这一时期的代表。这也是我国第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置。
刘永说：“HL-2M 装置是 HL-2A 的改造升级装置，是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托装置，同时也是我国消化吸收 ITER 技术不可或缺的平台。”据他介绍，自 2006 年国际启动 ITER 计划后，各国均是一方面积极参与 ITER 计划，另一方面也在推动本国核聚变研究。有的是改进以前的科学装置，有的是建设新的科学装置，目的是在 ITER 建成前的这一段时间里，依托各自国内装置和平台全面掌握ITER 的技术和能力。
“对于中国人来说，若要在 ITER 上发挥更多作用，像 HL-2M 这样高参数运行的装置不可或缺，一方面支撑 ITER，为 ITER 开展预先研究、并探索相关物理与工程问题，另一方面就是作为我国可控核聚变人才培养的重要平台。这是承上启下的重要一步，不可逾越。”刘永补充道，“通常像 HL-2M 这样的高参数运行装置，可被称为 ITER‘卫星’。而全世界正在运行的称得上 ITER‘卫星’的科学装置不多。HL-2M 名副其实。”
中国聚变不能只等 ITER
1984 年，核西物院建成了我国首座受控核聚变托卡马克大科学装置——中国环流器一号（HL-1），之后陆续建造中国环流器新一号 (HL-1M)、中国环流器二号 A(HL-2A)，HL-2M 是核西物院建造的第四座托卡马克实验装置。在先进性方面，HL-2M 与前三个装置相比有着跨越式的提升。
据刘永介绍，HL-2M 在装置物理与结构设计、特殊材料研制与连接技术研发、关键部件制造与总装集成等方面取得了多项突破。
的确，为了确保装置的性能能够满足在堆芯级等离子体参数条件下开展物理实验研究的要求， HL-2M 与 HL-2A 相比，装置主机性能参数需大幅提升，为此，采用了更先进的结构与控制方式，造成工程技术难度及工艺复杂性大幅增加。
