本报北京讯(记者 张明远) 记者从国家原子能机构获悉,我国即将正式启动代号为“双火炉”的国家重大科技基础设施项目。该项目由两个全超导托卡马克核聚变实验装置组成——分别命名为“赤霄”和“烛龙”,将分别落户安徽合肥和四川成都。这标志着我国在可控核聚变能源研究领域迈出了历史性的一步,朝着“人造太阳”的终极梦想又近了一大截。
两个“火炉”怎么烧?
所谓“双火炉”,是科研人员对两个新一代聚变装置的通俗比喻。合肥的“赤霄”装置,是在原有东方超环(EAST)基础上的全面升级。它采用先进的钨偏滤器结构,等离子体温度预计将突破2亿摄氏度,脉冲运行时长有望达到1000秒以上,为未来聚变堆的稳态运行提供关键数据。
成都的“烛龙”则是一台全新的紧凑型高约束聚变装置。它借鉴了中国环流器二号M(HL-2M)的成功经验,采用先进偏滤器构型与高功率辅助加热系统,重点研究等离子体边界稳定性与氚增殖技术。两个装置各有侧重,互为补充,将首次实现“长脉冲+高参数”的双重突破。
中国科学院等离子体物理研究所所长宋云涛研究员表示:“‘双火炉’不是简单的一加一。它们的协同实验,将让我们第一次系统地模拟聚变堆的真实工况。一个专攻‘烧得久’,一个专攻‘烧得猛’,两者数据交叉验证,能大幅缩短工程验证周期。”
为何此时启动?
核聚变被誉为人类的“终极能源”。它通过模拟太阳内部的核反应,将氘和氚聚合为氦,释放巨大能量。与核裂变不同,聚变反应几乎不产生放射性废料,燃料在海水中取之不尽,一升海水中的氘聚变释放的能量相当于300升汽油。
当前,全球核聚变研究正处于从实验堆向示范堆跨越的关键阶段。国际热核聚变实验堆(ITER)正在法国如火如荼建造,但进度一再推迟。我国另辟蹊径,一方面深度参与ITER,另一方面自主开展“中国聚变工程实验堆(CFETR)”设计。而“双火炉”正是为CFETR积累核心数据的关键工程试验平台。
“如果ITER是解决‘能不能聚变’的问题,那‘双火炉’要回答的是‘怎么工程化、怎么商业化’。”国家原子能机构系统工程司副司长李卫东在新闻发布会上说,“我国在聚变研究领域已实现从跟跑到并跑,现在通过‘双火炉’的启动,我们有信心在部分方向领跑。”
技术突破与预期时间表
据悉,“赤霄”装置的主体改造将于明年春季完成,预计2027年实现首次等离子体放电。“烛龙”的建设周期稍长,计划2028年建成并开始调试。两个装置的总投资超过150亿元人民币,全部由中央财政和地方政府共建支持。
在核心技术方面,“双火炉”将重点攻关三大难题:一是超高温等离子体的长时间约束;二是偏滤器排热与材料抗辐照能力;三是氚自持与增殖包层的工程可行性。其中,包层技术涉及氚的在线生产与提取,是未来聚变堆实现燃料自循环的关键一环,也是目前ITER尚未解决的技术高地。
国际舆论:中国速度令人瞩目
“双火炉”的消息一经披露,立刻引发国际聚变界的广泛关注。《自然》杂志网站援引美国普林斯顿等离子体物理实验室前主任罗伯特·戈德斯顿的话称:“中国正在以不可思议的速度推进聚变能源研究。两个新装置的同时启动,将使其拥有世界上最丰富的聚变实验平台组合。”
也有专家指出,尽管前景光明,但聚变商用发电仍是长期目标。“双火炉”提供的实验数据预计需要5至10年才能完成消化,届时CFETR的设计才能最终定型。乐观估计,中国首座示范聚变堆有望在2040年前后实现并网发电。
结语:从“火炉”到“太阳”
千百年来,人类对火的追求从未停止。如今的“双火炉”,是一把真正能点燃星辰之火的科学之炬。它不烧煤,不烧气,烧的是取自海水的氘氚,要把那束缚在原子核深处的能量,温柔而持续地释放出来。
当那两团人造太阳,在合肥和成都的实验室里平稳燃烧的时候,人类距离一个清洁、无碳、近乎无限的能源未来,便不再遥远。我国“双火炉”的启动,不仅是一次科研攻关的冲锋号,更是面向子孙后代的一份郑重承诺——让火焰,照亮可持续发展的前路。