人類距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變的實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？關(guān)于這個(gè)問題，一直存在一種戲稱：核聚變是一項(xiàng)距離成功“永遠(yuǎn)還有50年”的技術(shù)。這種說法一方面折射了核聚變科研和工程技術(shù)的難度，另一方面，也與早期人們對(duì)核聚變的研究不夠深入有關(guān)：隨著研究逐步推進(jìn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，有很多過去沒想到的技術(shù)挑戰(zhàn)又凸顯出來，攻克這些未知的挑戰(zhàn)又需要時(shí)間。

從目前的技術(shù)攻關(guān)進(jìn)展來看，實(shí)現(xiàn)核聚變應(yīng)用并非遙遙無期。全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)域首席專家、國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃科技咨詢委員會(huì)副主席段旭如接受澎湃新聞采訪時(shí)表示，若依托現(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎(chǔ)，凝聚核工程領(lǐng)域具有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術(shù)開發(fā)體系和工業(yè)體系，集中力量開展核聚變工程和技術(shù)攻關(guān)，再經(jīng)過三十年左右的時(shí)間，也就是到2050年左右，人類可以使用上核聚變能源。

段旭如介紹說，我國(guó)受控核聚變研究早在二十世紀(jì)五十年代就開始了，幾乎與國(guó)際上受控核聚變研究同步。自2006年參加ITER計(jì)劃以來，中國(guó)承擔(dān)了ITER裝置重要關(guān)鍵部件的制造任務(wù)。立足國(guó)內(nèi)研究、充分利用ITER項(xiàng)目搭建的國(guó)際合作平臺(tái)，中國(guó)的聚變研究得到了快速發(fā)展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了并跑階段，部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

“對(duì)中國(guó)而言，參加ITER計(jì)劃是我國(guó)磁約束核聚變能研發(fā)計(jì)劃中的關(guān)鍵一步，將積累聚變堆建造、運(yùn)行相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)自主建造未來聚變堆仍面臨部分關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)挑戰(zhàn)，需提前布局，一一攻克?！倍涡袢鐚?duì)澎湃新聞稱，位于成都的我國(guó)新一代“人造太陽”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置（HL-2M）預(yù)計(jì)今年年底開始更高參數(shù)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。該裝置為我國(guó)深度參與ITER計(jì)劃及未來自主設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行聚變堆提供重要支撐。

以下為澎湃新聞與全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)域首席專家段旭如的對(duì)話實(shí)錄：

澎湃新聞：中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置于2020年12月投運(yùn)，目前取得了哪些研究進(jìn)展？該裝置將為我國(guó)自主建設(shè)核聚變堆提供哪些技術(shù)支撐？

段旭如：HL-2M裝置于2020年12月建成并實(shí)現(xiàn)首次放電，表明我國(guó)掌握和擁有了大型托卡馬克裝置的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，具備了開展堆芯級(jí)等離子體物理實(shí)驗(yàn)的硬件平臺(tái)，為我國(guó)核聚變研究的發(fā)展提供更廣闊的空間。

未來聚變堆等離子體運(yùn)行參數(shù)高，代表聚變裝置及聚變研究水平的聚變?nèi)朔e（燃料離子溫度、密度、能量約束時(shí)間三個(gè)參數(shù)乘積）必須超過10^21m^-3﹒keV﹒s。提升等離子體電流可顯著提升等離子體密度極限和能量約束時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)提升我國(guó)聚變研究裝置聚變?nèi)朔e具有重要意義。國(guó)際上只有少數(shù)幾個(gè)裝置能實(shí)現(xiàn)兆安培高參數(shù)等離子體運(yùn)行，該條件下的一些新物理和技術(shù)問題亟待研究和解決。

我國(guó)新建成的HL-2M采用了更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，其等離子體體積提高到國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置的2倍以上，等離子體電流能力從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置的1兆安培提高到2.5兆安培以上。為實(shí)現(xiàn)以上高參數(shù)運(yùn)行條件，HL-2M裝置首次放電以來研發(fā)和升級(jí)了其主機(jī)的第一壁、低溫、運(yùn)行控制、高功率加熱等核心系統(tǒng)，預(yù)計(jì)今年年底開始投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

下一步， HL-2M裝置將籌劃與ITER及聚變堆相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)，HL-2M的離子溫度可達(dá)到1.5億度，可實(shí)現(xiàn)與聚變堆相關(guān)的高密度、高比壓、高自舉電流等離子體運(yùn)行，將提高我國(guó)對(duì)聚變堆等離子體物理的認(rèn)知并積累相關(guān)運(yùn)行控制經(jīng)驗(yàn)；此外，通過HL-2M裝置可掌握或突破聚變堆工程相關(guān)技術(shù)，比如高功率輔助加熱和電流驅(qū)動(dòng)、偏濾器排灰排熱、聚變產(chǎn)物診斷等關(guān)鍵技術(shù)。

因此，這將為提升我國(guó)核聚變能開發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)力和自主創(chuàng)新能力，充分利用好我國(guó)現(xiàn)階段具備能力運(yùn)行在堆芯級(jí)等離子體參數(shù)條件下的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（HL-2M裝置），提升核聚變物理認(rèn)知、掌握聚變堆關(guān)鍵核心技術(shù)，從而為我國(guó)深度參與ITER計(jì)劃及未來自主設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行聚變堆提供重要支撐。

澎湃新聞：近來關(guān)于核聚變的新聞不少，比如2月上旬，歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）在5秒內(nèi)產(chǎn)生了能量輸出為59兆焦耳的穩(wěn)定等離子體。這一結(jié)果意味著什么？相較于其他正在推進(jìn)聚變研究的國(guó)家，中國(guó)可控核聚變技術(shù)處于什么水平？

段旭如：可控核聚變的科學(xué)可行性已經(jīng)在上個(gè)世紀(jì)90年代得到了證實(shí)，歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）和美國(guó)的TFTR裝置都獲得了聚變反應(yīng)功率，也是目前世界上僅有的兩個(gè)開展過氘-氚聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的可控磁約束核聚變裝置。

JET是目前世界上在運(yùn)行的尺寸最大的托卡馬克裝置，1997年獲得了世界最高的16.1MW聚變功率記錄，和當(dāng)時(shí)最高記錄的22MJ聚變能量。2021年開展的第二輪氘-氚反應(yīng)實(shí)驗(yàn)已創(chuàng)造了59MJ聚變反應(yīng)總能量的世界紀(jì)錄。本輪實(shí)驗(yàn)代表了目前在ITER裝置運(yùn)行前的氘-氚聚變反應(yīng)最高水平，為ITER裝置的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行驗(yàn)證了多項(xiàng)關(guān)于氘氚聚變運(yùn)行控制、第一壁材料和氚處理等關(guān)鍵技術(shù)，該進(jìn)展驗(yàn)證了相關(guān)預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，對(duì)ITER的運(yùn)行計(jì)劃提供了實(shí)驗(yàn)支撐，也對(duì)未來聚變堆的研發(fā)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

我國(guó)受控核聚變研究早在二十世紀(jì)五十年代就開始了，幾乎與國(guó)際上受控核聚變研究同步，到上世紀(jì)60年代中期，我國(guó)建立了專業(yè)的核聚變研究所，也就是現(xiàn)在核工業(yè)西南物理研究院的前身。從那時(shí)開始，我國(guó)就有了專業(yè)的團(tuán)隊(duì)來從事核聚變的研究。后來中國(guó)科學(xué)院也成立了相關(guān)單位，再加上后來一些高校及研究機(jī)構(gòu)也在不斷參與其中。

中國(guó)自2006年參加ITER計(jì)劃以來，承擔(dān)了ITER裝置重要關(guān)鍵部件的制造任務(wù)。立足于國(guó)內(nèi)研究，充分利用ITER計(jì)劃這一良好國(guó)際合作平臺(tái)，我國(guó)的聚變研究得到了快速發(fā)展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了并跑階段，部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

比如，核工業(yè)西南物理研究院研發(fā)的第一壁采購(gòu)包半原型部件在2016年成功通過高熱負(fù)荷測(cè)試，在世界上率先通過認(rèn)證，同時(shí)也帶動(dòng)了我國(guó)其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。2019年，中核集團(tuán)牽頭承擔(dān)了ITER迄今金額最大的主機(jī)總裝1號(hào)合同（TAC1），該合同的簽訂標(biāo)志著我國(guó)核聚變技術(shù)與人才積累、核電建設(shè)能力以及國(guó)際影響力獲得國(guó)際聚變界認(rèn)可。

然而，我國(guó)磁約束聚變裝置的綜合運(yùn)行參數(shù)（聚變?nèi)朔e）與國(guó)際領(lǐng)先水平相比仍有差距。另外，我國(guó)尚無能開展氘氚聚變實(shí)驗(yàn)的磁約束聚變裝置，與聚變堆運(yùn)行和燃燒等離子體物理相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)缺乏，對(duì)中國(guó)而言，參加ITER計(jì)劃是我國(guó)磁約束核聚變能研發(fā)計(jì)劃中的關(guān)鍵一步，將積累聚變堆建造、運(yùn)行相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)自主建造未來聚變堆仍面臨部分關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)挑戰(zhàn)，需提前布局，一一攻克。

澎湃新聞：根據(jù)我國(guó)核工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展遠(yuǎn)景目標(biāo)，到本世紀(jì)中葉要實(shí)現(xiàn)核聚變能的應(yīng)用。但截至目前，核聚變的商業(yè)化應(yīng)用仍然存在很大的不確定性。未來30年，我們有望看到核聚變進(jìn)入商業(yè)示范堆階段嗎？當(dāng)前還面臨哪些難點(diǎn)亟待攻克？

段旭如：可控核聚變研發(fā)已經(jīng)從原理探索，大規(guī)模實(shí)驗(yàn)逐步邁入到反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)階段，現(xiàn)在我們對(duì)核聚變技術(shù)的認(rèn)知愈加清晰，特別是ITER項(xiàng)目的建設(shè)，讓第一個(gè)電站規(guī)模的聚變堆成為現(xiàn)實(shí)。同時(shí)核工程很多技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，讓科研人員更加清楚地認(rèn)知到未來核聚變電站要用到的一些技術(shù)、需要攻克哪些技術(shù)，比如在足夠?qū)挼倪\(yùn)行區(qū)間維持其結(jié)構(gòu)及熱導(dǎo)特性的抗中子輻照材料研發(fā)、氚自持技術(shù)等，一些與聚變核工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)在ITER計(jì)劃啟動(dòng)后才受到重視，我們還需要建立或利用其它設(shè)施來開展，比如用于聚變堆材料與部件考驗(yàn)的聚變中子源等。

若依托現(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎(chǔ)，凝聚核工程領(lǐng)域具有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術(shù)開發(fā)體系和工業(yè)體系，集中力量開展核聚變工程和技術(shù)攻關(guān)，再經(jīng)過三十年左右的時(shí)間，也就是到2050年左右，人類可以使用上核聚變能源。