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國際熱核聚變研究的中國力量 已有10人參與
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國際熱核聚變研究的中國力量 ——專訪中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任羅德隆 發(fā)布時間: 2011-06-16 | 作者:陳磊 http://www.stdaily.com 2011年06月16日 來源: 科技日報 作者: 陳磊 本報記者 陳磊 耗資100多億歐元,吸引世界頂尖科學(xué)家參加,參與各方人口總和超過全球人口的一半……在這個本世紀(jì)最為雄心勃勃的能源科技合作項目——國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃中,中國正扮演著重要的角色。 今年秋天,由我國承擔(dān)的ITER計劃任務(wù)中的首個導(dǎo)體采購包可望出關(guān),運往目的地!拔覀儗ζ滟|(zhì)量、性能有信心!敝袊鴩H核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任羅德隆表示,在ITER計劃中,中國研制的ITER超導(dǎo)導(dǎo)體、屏蔽包層等部件的性能在參與7方中處于領(lǐng)先地位,部分采購包進(jìn)展處于前列。 ITER計劃最新進(jìn)展怎樣?中國承擔(dān)項目完成進(jìn)度如何?我國培養(yǎng)核聚變?nèi)瞬艑⑷绾伟l(fā)力?日前,中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任羅德隆接受科技日報記者專訪,解答了相關(guān)熱點問題。 “中方承擔(dān)采購包基本涵蓋了ITER核心部件,工作進(jìn)展順利” 科技日報:聽說您剛參加了在法國總部召開的ITER組織理事會管理咨詢委員會,能否介紹一下ITER計劃項目工程的最新進(jìn)展。 羅德隆:ITER計劃自2007年正式進(jìn)入裝置建造階段,已實施4年多,預(yù)計2019年底實現(xiàn)第一等離子體放電,這是建設(shè)階段的標(biāo)志性時間節(jié)點,大家正朝著這個目標(biāo)積極努力爭取。日本承擔(dān)了ITER計劃中16%的制造任務(wù),地震對日本生產(chǎn)制造能力造成嚴(yán)重破壞。目前,ITER國際組織召集各方專家成立專門工作組,全面評估日本地震對總進(jìn)度特別是實現(xiàn)第一等離子體放電時間的影響,及彌補措施。如果拖延生產(chǎn)的部件不是在關(guān)鍵路徑上,造成的影響就不大。 科技日報:中國在ITER計劃承擔(dān)的項目進(jìn)展如何? 羅德隆:按照ITER談判結(jié)果,我方承諾承擔(dān)的12個采購包制造任務(wù)(即實物貢獻(xiàn)),約占建造階段我國總貢獻(xiàn)的80%。中國在整個計劃中進(jìn)度很好,雖然我國承擔(dān)的采購包還沒出關(guān),但目前檢測性能不錯,我有信心能按預(yù)定時間和目標(biāo)交貨。 科技日報:我國主要承擔(dān)了哪些項目?參與建造的是ITER的核心部分嗎? 羅德。弘m然ITER裝置建造在法國,但每個成員國是在各自國家制造零部件,部件分配方案在談判時就已經(jīng)定下來。談判是個復(fù)雜的過程,每個國家都想做核心部件,因為這需要訣竅,如果現(xiàn)在沒做過,以后可能也做不出來。 我國承擔(dān)的12個采購包基本涵蓋了ITER核心關(guān)鍵部件,涉及環(huán)向場線圈導(dǎo)體、極向場線圈導(dǎo)體、校正場線圈、磁體支撐以及磁體饋線和校正場線圈導(dǎo)體等。當(dāng)然,這不是說我們把ITER關(guān)鍵部件全做了,而是只做一部分,好比做車輪,會做一個,其余3個也沒問題?傮w來說,在采購分配方面,我方承擔(dān)的采購包任務(wù)有利于集中人力、物力、財力掌握ITER計劃的核心技術(shù),有利于提高我國超導(dǎo)技術(shù)、稀有金屬材料技術(shù)、高溫高電壓技術(shù)等眾多領(lǐng)域的研究開發(fā)和制造能力。 “我國能夠以10%的投入,享受100%的知識產(chǎn)權(quán)” 科技日報:ITER計劃也是我國迄今為止參加的規(guī)模最大的大科學(xué)工程國際合作項目。任何大科學(xué)工程就像其他科學(xué)課題一樣,有風(fēng)險,也有機遇,如何衡量和看待這種選擇? 羅德。菏紫,ITER計劃無法通過一個國家研發(fā)制造完成。核聚變是兩個輕核(一般是氫的同位素:氘[D]和氚[T])聚合成一個較重的原子核,同時釋放出巨大能量的過程。早在上世紀(jì)50年代初人類就實現(xiàn)了聚變核反應(yīng)——氫彈的爆炸,但要利用聚變時釋放出的巨大能量,必須對劇烈的聚變核反應(yīng)加以控制,這就是受控核聚變。在研究初期,科學(xué)家們認(rèn)為受控?zé)岷司圩兊某晒,會像氫彈一樣,指日可待。但?jīng)過幾十年的努力,受控?zé)岷司圩冞未能實現(xiàn)。 ITER計劃的目的是建造一個聚變實驗堆,探索和平利用聚變能發(fā)電的科學(xué)和工程技術(shù)可行性,為實現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。ITER不是直接商業(yè)應(yīng)用的裝置,而是科研實驗裝置,通過國際合作可以分擔(dān)科研的風(fēng)險,也可共同分享成果。 ITER計劃早期被稱為“強國俱樂部”,它是1985年由美蘇兩國首腦倡議提出,由美、蘇、歐、日共同啟動。1998年,美國退出ITER計劃。我國從2003年正式加入ITER計劃談判。同期,美國重返ITER計劃。直到2007年,由中、歐、日、韓、俄、美6方組成的ITER國際組織正式成立(印度后來加入)。我國貢獻(xiàn)比例約10%,其中約80%以實物方式(即制造、提供ITER裝置部件)投入,約20%以現(xiàn)金方式投入。 ITER裝置不僅反映了國際聚變能研究的最新成果,而且綜合了當(dāng)今世界相關(guān)領(lǐng)域的頂尖技術(shù)。參加ITER計劃,是我國核聚變能發(fā)展前所未有的機遇,符合我國未來發(fā)展的能源戰(zhàn)略,標(biāo)志我國進(jìn)入世界核聚變能源研究的先進(jìn)行列。 科技日報:雖然“風(fēng)險共擔(dān)”,但參與國都希望從中得到回報。中國在ITER計劃建設(shè)中的投入占總額的10%,這種投入,會有什么回報? 羅德。涸谥R產(chǎn)權(quán)方面,中國通過參與該項目,有權(quán)使用ITER計劃工程設(shè)計階段的技術(shù)成果,對ITER計劃實施中產(chǎn)生的知識產(chǎn)權(quán),平等享有獲得許可使用的權(quán)利。簡單地說,就是能夠以10%的投入,享受100%的知識產(chǎn)權(quán)。最關(guān)鍵的是,我們將培養(yǎng)、鍛煉一批能夠掌握和利用這些知識產(chǎn)權(quán)的科學(xué)研究和工程技術(shù)人才,為我國未來自主開展核聚變示范堆乃至商用堆設(shè)計、建造奠定基礎(chǔ)。 “聚變能商業(yè)化將在本世紀(jì)中葉或者稍晚實現(xiàn)” 科技日報:能具體描述一下,ITER是個什么樣的裝置? 羅德隆:ITER設(shè)計總聚變功率將達(dá)到50萬千瓦,是一個電站規(guī)模的實驗反應(yīng)堆。其作用和任務(wù)是,用具有電站規(guī)模的實驗堆證明氘氚等離子體的受控點火和持續(xù)燃燒,驗證聚變反應(yīng)堆系統(tǒng)的工程可行性,綜合測試聚變發(fā)電所需的高熱流與核部件,實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行。 ITER場址設(shè)在法國南部?怂挂员钡目ㄟ_(dá)哈什。2008年,ITER裝置進(jìn)入實地建造階段。它占地180公頃,共由39棟建筑組成,實驗堆主體直徑28米,高30米,聚變功率相當(dāng)于50萬千瓦電站的核反應(yīng)堆。按當(dāng)前計劃,ITER裝置預(yù)計2019年基本建成,預(yù)計2027年開展氘氚聚變實驗。 科技日報:請展望一下ITER的商用前景。有具體時間表嗎? 羅德。篒TER計劃將用35年時間,建造、運行一個可持續(xù)燃燒的托卡馬克型聚變實驗堆,以驗證聚變反應(yīng)堆的工程技術(shù)可行性。 托卡馬克是俄語環(huán)向場磁體線圈的簡稱,是核聚變物理實驗裝置,其原理是利用環(huán)向磁場對高溫等離子體進(jìn)行約束,進(jìn)而實現(xiàn)可控核聚變。ITER從1988年開始概念設(shè)計到2001年完成《工程設(shè)計最終報告》,就歷時13年之久。 ITER計劃建造制造階段10年左右,預(yù)計2019年建設(shè)工程完成,實現(xiàn)第一等離子體放電;ITER運行與開發(fā)利用階段20年左右,2027年,科研人員進(jìn)入,進(jìn)行氘氚試驗;去活化階段預(yù)計需要5年時間,最后是退役階段,交給東道國法國實現(xiàn)裝置退役。 國際核聚變界對ITER計劃及其后聚變能源發(fā)展比較普遍的看法是,建造和運行ITER的科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備;再經(jīng)過示范堆、商業(yè)聚變核電站(商用堆)兩個階段,聚變能商業(yè)化將在本世紀(jì)中葉或者稍晚實現(xiàn)。 ITER建設(shè)有可以預(yù)見的困難。如核聚變能源首先必須產(chǎn)生高達(dá)上億度的高溫等離子體;其次,還要形成充分的約束,將高溫等離子體維持相對足夠長的時間,以便充分發(fā)生聚變反應(yīng),釋放出足夠多的能量等。這些可預(yù)見的障礙我們有信心克服,但可能還會遇到未知的困難。ITER現(xiàn)在是實驗堆,下一步是建示范堆,還要解決材料、造價等一系列技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。 “通過ITER計劃的帶動,我國在核聚變領(lǐng)域水平整體提升” 科技日報:作為發(fā)展中國家,中國是最早關(guān)注受控?zé)岷司圩冄芯康膰抑,但與世界最高水平還有差距,通過參與ITER計劃,我國取得了哪些進(jìn)展?目前在核聚變領(lǐng)域究竟處于什么水平? 羅德。浩鋵,從上世紀(jì)70年代開始,我國就集中以托卡馬克為主要研究途徑,先后建成一系列中小型裝置,并且開展多項研究。上世紀(jì)90年代,我國開始實施大中型托卡馬克發(fā)展計劃,探索先進(jìn)托卡馬克運行模式及穩(wěn)態(tài)控制模式,先后建成HT-7中型超導(dǎo)托卡馬克、HL-2A大中型常規(guī)導(dǎo)體托卡馬克。2006年建成的大型非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置,具有穩(wěn)態(tài)、大拉長比及多項實驗手段等特點,可以為正在建造的ITER裝置開展多種前期實驗研究。 雖然我國有很多托卡馬克裝置,但I(xiàn)TER裝置不是簡單放大,而是需要我們從整體設(shè)計、技術(shù)和材料等各個方面,解決全新的關(guān)鍵問題。近幾年來我國得益于ITER計劃,核聚變水平提升很快,在國際上整體處于中等水平。日、美、歐盟還是走在前列,各國都在積極發(fā)展聚變研究,韓國進(jìn)步也很快。 目前,我國建成世界首個全超導(dǎo)托卡馬克EAST,已經(jīng)實現(xiàn)100秒的偏濾器放電和長時間的高約束放電,工程和試驗水平進(jìn)入國際前列。HL-2A最高電子溫度達(dá)5500萬攝氏度,進(jìn)入國際先進(jìn)水平。 中國研制的ITER超導(dǎo)導(dǎo)體、屏蔽包層等部件的性能在7方處于領(lǐng)先地位,部分采購包進(jìn)展處于前列。 科技日報:參加ITER計劃只是我國整體聚變能研發(fā)計劃中的一個重要組成部分,我們通過國際合作能否形成自己的能力? 羅德。何覈袚(dān)的ITER部件很多都是過去沒有生產(chǎn)的,如導(dǎo)體、屏蔽包層、大型電源、充氣清洗及輝光放電系統(tǒng)等。前期大部分技術(shù)需要艱難的摸索。通過國際大科學(xué)工程的帶動,我國技術(shù)明顯提升,從“不會做”到“會做”甚至“做得更好”。 科技日報:是一種從無到有、從有到強的技術(shù)跨越? 羅德。簩。比如說,我們過去做不出導(dǎo)體,開始做的時候覺得制造不銹鋼管沒有問題,就集中精力去研究如何把幾千根絲做成0.8毫米直徑的導(dǎo)線。線做好了,卻發(fā)現(xiàn)管子不行,按照ITER國際組織的要求,管子的斷裂延伸率需要達(dá)到20,而我們只做到15。后來,通過召開專家會反復(fù)研討,我們不僅做成了,而且能批量生產(chǎn),現(xiàn)在生產(chǎn)出的管子斷裂延伸率達(dá)到30。從目前來看,我們生產(chǎn)的導(dǎo)體樣品測試指標(biāo)都達(dá)到ITER裝置的要求,部分指標(biāo)還遠(yuǎn)高于要求。 “ITER只是契機,關(guān)鍵是要使我國具備自主設(shè)計、建造聚變示范堆的能力” 科技日報:現(xiàn)階段ITER計劃解決的是工程建設(shè)問題,那建成后下一步我們的科研和實驗?zāi)芰θ绾翁岣吣兀?br /> 羅德。焊憬ㄔO(shè)不是目的,目的是在建成的實驗堆上做實驗。我國建設(shè)了很多磁約束核聚變裝置,一方面服務(wù)于ITER建設(shè),另一方面也是為今后實驗做準(zhǔn)備,從而解決商業(yè)的工程和科學(xué)的瓶頸。因此,必須對現(xiàn)有裝置升級擴建,加快平臺建設(shè),以提高實驗?zāi)芰Α?br /> 我們要以參加ITER計劃為契機,為我國具備自主設(shè)計、建造聚變示范堆的能力。ITER計劃專項國內(nèi)配套研究也于2008年啟動。到目前已經(jīng)批準(zhǔn)立項32個研究項目,研究內(nèi)容涉及聚變堆的概念設(shè)計、波加熱、聚變材料、測試包層模塊、混合堆概念設(shè)計以及相關(guān)等離子體理論和實驗研究等眾多研究領(lǐng)域。 今年,我國還成立了磁約束聚變堆總體設(shè)計組,就是為全面消化吸收ITER設(shè)計技術(shù),掌握聚變堆相關(guān)的物理和工程設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù),開展我國磁約束聚變堆總體設(shè)計研究。 “ITER組織中方派駐職員只占5%,培養(yǎng)聚變?nèi)瞬牌仍诿冀蕖?br /> 科技日報:我國在ITER的投入是10%,目前,向ITER組織派出的中方人員達(dá)到相應(yīng)的比例了嗎? 羅德。喝瞬艊H化水平是我們現(xiàn)在面臨的巨大挑戰(zhàn),F(xiàn)在中方在ITER職工總共20個人,所占比例才占5%,總數(shù)最少,F(xiàn)在向ITER組織是派不出人來,這也是我的心病。我們計劃每年資助優(yōu)秀人才,作為訪問學(xué)者,去到ITER組織學(xué)習(xí)。 科技日報:國內(nèi)已有的磁約束聚變研究工程技術(shù)人才數(shù)量相當(dāng)有限,除了派駐國際組織,還要保證國內(nèi)研究任務(wù)的需要,國內(nèi)人才培養(yǎng)有什么考慮? 羅德。耗壳,我國已有超過1000人從事聚變研究,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。估算國內(nèi)整個未來20年人才缺口4000人,可現(xiàn)在沒有增量。 前不久,科技部聯(lián)合教育部、中科院,中核集團(tuán)專門召開核聚變能發(fā)展研究人才工作會議,并聯(lián)合制定了《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》。意見提出,緊緊圍繞我國磁約束核聚變能研究和ITER裝置建設(shè)和運行,以需求為導(dǎo)向,逐步構(gòu)建起一個層次、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,利用10年左右時間,培養(yǎng)2000名從事聚變科學(xué)與工程研究以及技術(shù)研發(fā)的各類人才。專門為一個領(lǐng)域人才培養(yǎng)開會,這還沒有先例。 除了學(xué)校增設(shè)核聚變學(xué)科、核學(xué)院之外,國內(nèi)ITER配套計劃也針對人才培養(yǎng),面向研究生安排了課題,這也是為未來人才儲備播撒種子。 科技日報:我國在ITER計劃中取得哪些體制機制的國際經(jīng)驗? 羅德隆:從項目管理角度來說,ITER計劃是個工程項目,目標(biāo)是建成實驗室,它用最先進(jìn)的管理理念和質(zhì)保體系,通過一套成熟的管理技術(shù)和機制,對建設(shè)過程中的各個節(jié)點全盤考慮,精確控制,并將每個環(huán)節(jié)處于嚴(yán)密監(jiān)控之下。同時,參與建設(shè)一個全新的國際組織,也為以后在我國建立國際組織積累了經(jīng)驗。 (本報北京6月14日電) (科技日報) 責(zé)編:董子凡 本篇文章來源于 科技網(wǎng)|www.stdaily.com 原文鏈接:http://www.stdaily.com/kjrb/content/2011-06/16/content_315478.htm |
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