专访全国政协委员段旭如：加速领跑 20至30年内实现“人造太阳”
发布时间：2024-03-14 信息来源：
可控核聚变一直被认为是解决人类能源问题的“终极答案”。2月29日，全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆（iter）组织与中核集团中核工程牵头的中法联合体正式签署真空室模块组装合同。这是中国在成功安装其心脏设备之后，再次承担其核心设备的安装任务。正如童谣“种太阳”所唱的那样，人类亲手种下的“太阳”正在茁壮生长，未来将为世界提供更多的温暖与明亮。那么，中国的可控核聚变研发水平如何？在全球合作中扮演着怎样的角色？真正的“人造太阳”还要多久能够完全实现？可控核聚变与当下如火如荼的人工智能是否有深度融合的可能？全国政协委员、中核集团聚变堆核电站技术分领域首席专家段旭如接受记者采访时，给出了令人振奋的回答。
突破再突破 国际核聚变能开发进入新阶段
记者（以下简称“记”）：2023年，国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的重要方向。去年年底，在中核集团的牵头下，由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立。在您看来，我国核聚变研发目前处于一个什么样的阶段？近年来都取得了哪些重要进展？“人造太阳”距离我们还有多远？
段旭如（以下简称“段”）：自参加iter计划以来，我国相关科研实力得到了极大提升，核聚变技术已从过去的跟跑到并跑，到部分技术达到国际领先水平。同时，在聚变科研方面培养了一批具有国际视野的人才，建成了多座国际先进的研发平台。当前重点开展聚变等离子体实验研究及聚变堆设计与工程技术研发，特别是为释放聚变堆研发风险，正积极筹划在聚变实验堆前尽快开展氘氚燃烧等离子体实验，以夯实氘氚运行科学和技术基础，加快向实验堆工程阶段迈进。
近年来，我国可控核聚变研究不断取得突破。东方超环（east）首次实现403秒的长时间高约束模式运行，国内当前规模最大、参数能力最高的新一代人造太阳“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，标志我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。同时，我国聚变堆关键技术研发也取得了一系列重要进展。在聚变堆“点火”所需的外部加热技术方面，我国研发的射频负离子源中性束实现单级加速电压超160kv，平均束流密超270a/m2，技术指标国际领先。在聚变堆涉核关键技术方面，我国iter产氚包层（tbm）系统率先通过了iter设计评审，制造出全球首个全尺寸聚变堆产氚包层验证模块，率先完成iter增强热负荷第一壁全尺寸原型件认证，并发布全球首项核聚变领域国际标准。2023年，中核集团牵头实施的iter托卡马克主机安装第一阶段任务圆满完成，并得到iter组织高度肯定。
近年来，世界核大国均已开始加快推进本国的聚变能源研发部署，社会资本也在加速涌入，核聚变能开发正进入新的发展阶段。在全球范围内，欧美相继在jet和tftr装置上成功开展氘氚实验，国际热核聚变实验堆iter也已开始安装，国际聚变能源研发正逐步迈向实验堆工程阶段，核聚变研发进入宝贵机遇期。2019年，中核集团牵头的中法联合体成功中标国际热核聚变实验堆主机安装一号合同，意味着我国五十多年的核聚变技术积累和国际影响力获国际的认可。这些为我国未来深度参与iter实验运行、自主设计建造聚变先导工程实验堆奠定了科学和技术基础。
从我国核工业取得成功的宝贵经验来看，“实验堆—示范堆—商用堆”的聚变堆工程发展路径，是核能走向能源应用的客观规律，我们需要脚踏实地走好每一阶段。预计再经过20到30年的时间，“人造太阳”将为人类提供低碳、高效、安全的新型能源。
ai 聚变 产业融合促进新型能源体系构建
记：2月21日，美国普林斯顿大学网站报道称，研究人员已研发出一个可用于实时预测聚变堆等离子体不稳定性的人工智能模型，可以提前300毫秒预测撕裂模不稳定性。您如何看待这一事件？在当前人工智能研究如火如荼的大环境下，核聚变研究与人工智能是否有深度融合的可能？应当从哪些方面着手加快推进我国聚变能开发？
段：当前，人工智能已经逐步介入核聚变研究领域，并呈现深度融合的趋势。近几年，人工智能已经应用于等离子体运行监测（破裂预测）、控制及不稳定性预测等研究中，取得了不错的成绩。总体看，人工智能在核聚变研究中的应用还处于起步阶段，具有很大的发展空间和潜力。核聚变研究经历了几十年的发展，已经积累了丰富的实验物理及工程数据。人工智能在处理大数据方面的优势，对挖掘核聚变研究实验结果，加快核聚变研究进程将具有很大推动作用。
此外，随着国际热核聚变实验堆（iter）计划不断深入推进及聚变堆设计研究工作的开展，人们认识到，要实现核聚变能源应用，仍面临一些关键科学和技术挑战，主要包括氘氚聚变等离子体稳态自持燃烧、聚变堆材料以及氚自持等科学技术问题亟待解决。近年来，我国核聚变技术相关科研实力得到了极大提升，在聚变科研方面培养了一批具有国际视野的人才，建成了多座国际先进的研发平台。但对于核聚变能应用所面临的关键科学技术问题，无论是人才储备还是研发能力仍需进一步加强。
针对上述问题，需要充分发挥我国新型举国体制优势，统筹布局，协调好现有优势力量与资源，团结协作，集中力量协同攻关聚变堆关键技术。充分发挥工业界和企业集团科技创新主体等作用，发挥企业在工程设计、材料生产、装备制造等领域的产业赋能优势，助推产学研协作效率的提升，推进我国核聚变能开发高质量发展。
随着科学技术的进步以及人民生活水平的提高，以化石能源为主的现有能源将不能满足经济社会发展的需要，取之不尽用之不竭的清洁安全的能源是人类孜孜以求的未来理想能源。核聚变能具有资源丰富、环境友好和固有安全性等明显优势，是目前认识到的最终解决人类能源问题与环境问题的重要途径。期待聚变能未来可以走进千家万户，在助推我国“双碳”目标实现、促进新型能源体系构建和保障国家能源安全发挥更大作用。
小堆有“大”用 加快法规建设迫在眉睫
记：除了可控核聚变，先进小型模块化反应堆也是全球先进核能技术研发的焦点。目前，“玲龙一号”项目进展情况如何？在我国新型能源体系的建设中，小型模块化反应堆会发挥怎样的作用？为何要加快完善适应小型模块化反应堆法规标准的建设？
段：“玲龙一号”是中核集团在成熟压水堆核电站和核电技术的基础上开发的具有自主知识产权的创新型核反应堆，是全球首个通过国际原子能机构（iaea）通用安全审查的小型模块化压水反应堆。目前，“玲龙一号”项目建设正在顺利推进中，今年2月6日，“玲龙一号”外穹顶吊装成功，反应堆厂房的主体结构已全部施工完成，为后续反应堆厂房的封顶奠定了基础。“玲龙一号”项目预计在2026年如期投产发电，预计每年发电量可达10亿千瓦时，满足海南52.6万户家庭用电需求，每年可减少二氧化碳排放量约88万吨，相当于一年植树750万棵。
小堆因其系统设备简化、选址灵活、投资少，以及可根据用户需求灵活设计和配置等诸多优势，近年越来越受到核能行业的关注，推广小型堆的多用途利用已成为业界共识。小堆不但是热电冷三联供的理想热源，还可以实现核能制氢、海水淡化等用途，通过与高耗能高碳排行业的耦合发展，助力其清洁低碳转型发展，助力我国新型能源体系建设。
目前，针对小堆在项目审批、安全审查、核事故处理、应急补救措施、安全防护等方面的法规标准体系尚不完善，存在较多空白。如果直接套用大型反应堆的法规标准体系，将造成冗余设计过多，无法反映小堆自身的优势，反而会制约小堆的发展。另外，小堆的选址与建造通常与目标用户距离较近，因而受到公众的更大关注。因此，制定并完善适用于小堆的安全监管法规及相关标准体系，有利于小堆项目评审落地，推动小堆产业的高质量发展。
作为核能创新的典型代表，小堆具有用途多元、部署灵活、环境友好、安全性高等突出特点，具有很好的发展预期和市场前景，将与大型压水堆形成互补发展的良好局面，共同为构建新型电力系统、助力我国“双碳”目标实现作出重要贡献。（刘天）