新一代“人造太陽(yáng)”預(yù)計(jì)2045年左右進(jìn)入示范階段——訪全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變領(lǐng)域首席專家段旭如

在科幻作品中，核聚變一直是經(jīng)久不衰的話題。回到現(xiàn)實(shí)，被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”的可控核聚變，作為面向國(guó)家重大需求的前沿顛覆性技術(shù)，是能夠最終解決人類能源問(wèn)題的重要途徑之一。截至目前，我國(guó)新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”（HL-3）研究進(jìn)展情況如何？何時(shí)才能使用“聚變能”？就上述問(wèn)題，在今年全國(guó)兩會(huì)期間，記者專訪了全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變領(lǐng)域首席專家段旭如。

中能傳媒：目前中國(guó)環(huán)流三號(hào)進(jìn)展情況如何？未來(lái)何時(shí)可以投入使用？

段旭如：截至2025年2月，中國(guó)環(huán)流三號(hào)在可控核聚變領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。

在核心技術(shù)上，2024年5月，中國(guó)環(huán)流三號(hào)在150萬(wàn)安培等離子體電流下實(shí)現(xiàn)高約束模式運(yùn)行，提升了等離子體綜合參數(shù)和能量約束性能，這一模式被國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）選為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式，其參數(shù)提升數(shù)倍于普通模式，為未來(lái)聚變堆經(jīng)濟(jì)性筑牢了根基；2024年6月，首次實(shí)現(xiàn)新型先進(jìn)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了裝置控制能力，為長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。且中國(guó)環(huán)流三號(hào)目前僅釋放了40%設(shè)計(jì)能力，未來(lái)潛力巨大。在技術(shù)難題攻克上，突破了高功率加熱系統(tǒng)耦合等難題，積累了大量關(guān)鍵工程經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)際合作方面，中國(guó)環(huán)流三號(hào)作為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）“衛(wèi)星裝置”全球開(kāi)放，吸引了17家國(guó)際科研機(jī)構(gòu)參與，提升了我國(guó)在聚變技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。

當(dāng)前，中國(guó)環(huán)流三號(hào)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，旨在驗(yàn)證聚變堆物理與工程可行性，目標(biāo)是驗(yàn)證聚變堆物理與工程可行性，預(yù)計(jì)核聚變應(yīng)用將在2045年左右進(jìn)入示范階段，有望在2050年前后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電。后續(xù)還需突破穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、材料與工程、經(jīng)濟(jì)性等瓶頸。盡管挑戰(zhàn)重重，但中國(guó)環(huán)流三號(hào)的技術(shù)突破為可控核聚變能源開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，中核集團(tuán)也將持續(xù)發(fā)力，推動(dòng)我國(guó)能源事業(yè)邁向新高度。

中能傳媒：據(jù)了解，中核集團(tuán)牽頭參與承擔(dān)了ITER的相關(guān)項(xiàng)目，請(qǐng)您介紹一下目前該項(xiàng)目的最新進(jìn)展以及我們?cè)谠擁?xiàng)目中具體承擔(dān)了哪些工作？

段旭如：國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目，承載著人類對(duì)未來(lái)清潔能源的無(wú)限期待。自2006年成為ITER項(xiàng)目參與方以來(lái)，中核集團(tuán)深度融入其中，憑借卓越的技術(shù)實(shí)力和不懈的努力，為項(xiàng)目推進(jìn)貢獻(xiàn)著不可或缺的“中國(guó)智慧”和“中國(guó)力量”。

ITER項(xiàng)目復(fù)雜程度極高，技術(shù)難度遠(yuǎn)超已廣泛應(yīng)用的裂變反應(yīng)堆。中核集團(tuán)承擔(dān)了近10%的采購(gòu)包研制任務(wù)，涵蓋磁體支撐系統(tǒng)、堆芯“第一壁”等關(guān)鍵部件。在項(xiàng)目組裝階段，中核集團(tuán)通過(guò)中法聯(lián)合體深度參與托卡馬克核心裝置安裝，每一步都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

2019年，中國(guó)核電工程有限公司牽頭組成中法聯(lián)合體，與ITER組織簽署托卡馬克主機(jī)安裝一號(hào)合同（TAC1），這是中國(guó)核能單位首次以施工總承包形式參與國(guó)際大科學(xué)工程，標(biāo)志著中國(guó)聚變技術(shù)正式走向海外。此后，項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，2021年ITER主機(jī)第一階段安裝完成，2022年中核集團(tuán)承擔(dān)的“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”首件制造完成并于2024年通過(guò)驗(yàn)收，核心指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)領(lǐng)跑。2023年，全球最大“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目磁體支撐產(chǎn)品交付，為項(xiàng)目重要節(jié)點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。2024年11月20日，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆托卡馬克裝置環(huán)向場(chǎng)磁體線圈TF08成功吊裝至真空室模塊1號(hào)預(yù)組裝工具，至此，真空室預(yù)組裝（SMSA）項(xiàng)目三大重要部件（真空室模塊、環(huán)向場(chǎng)磁體線圈、真空室冷屏）全部就位，為下一步組裝工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在科研合作方面，中核集團(tuán)旗下西物院積極發(fā)揮作用。2021年簽署ITER實(shí)驗(yàn)包層項(xiàng)目合同，攻克多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，驗(yàn)證了我國(guó)實(shí)驗(yàn)包層方案的可行性。2023年簽署氣體注入系統(tǒng)閥門(mén)箱與控制系統(tǒng)集成合同，這是我國(guó)承擔(dān)的ITER燃料循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵研發(fā)任務(wù)。2024年，西物院牽頭的聯(lián)合體中標(biāo)ITER偏濾器組裝集成與屏蔽模塊現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合同，為我國(guó)未來(lái)聚變堆建設(shè)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

中核集團(tuán)還在標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域發(fā)力。2023年編制發(fā)布首項(xiàng)核聚變領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提升了中國(guó)在該領(lǐng)域的影響力和話語(yǔ)權(quán)。憑借在項(xiàng)目中的出色表現(xiàn)，2024年中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體成功中標(biāo)托卡馬克真空室組裝合同及真空室坑內(nèi)組裝合同，至此中方團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了ITER項(xiàng)目所有核心安裝工作，成為國(guó)際“人造太陽(yáng)”主機(jī)安裝的唯一承包方。

目前，中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體穩(wěn)步推進(jìn)項(xiàng)目。TAC1合同P1階段施工進(jìn)度超過(guò)80%，托卡馬克基坑內(nèi)、磁體饋線等部分的安裝工作都在按計(jì)劃進(jìn)行。SMSA合同下，已有三個(gè)真空室模塊正在組裝，預(yù)計(jì)2025年5月完成第一個(gè)模塊的組裝。