中核集團(tuán)聚變第一壁成果引歐美駐足 “人造太陽”指日可待

2017-11-03 15:04:29 中核集團(tuán) 　點擊量：評論 (0)

2017年，隨著阿斯塔納世博會中國館的開館，以中國聚變能源開發(fā)與‘國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃’為核心的展項，引得全世界參觀者一陣點贊。事實上，從2006年中國政府、歐盟、美國、俄羅斯等7方共同簽

2017年，隨著阿斯塔納世博會中國館的開館，以“中國聚變能源開發(fā)與‘國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃’”為核心的展項，引得全世界參觀者一陣“點贊”。事實上，從2006年中國政府、歐盟、美國、俄羅斯等7方共同簽署協(xié)定參與ITER研究工作以來，中國的聚變科學(xué)家就從未停止向世界講述中國核聚變能源的故事。

2016年12月12日，由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主研發(fā)制造的國際熱核聚變實驗堆計劃的核心部件——超熱負(fù)荷屏蔽包層第一壁原型件率先通過國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證。十年積淀，中國科學(xué)家用這一技術(shù)領(lǐng)域的突破，推動人類“人造太陽”的逐夢之旅又向前邁進(jìn)了一步。

國際競技：迎難而上

“核聚變是人類解決能源問題的最好方案之一”這一觀念早已是共識。ITER計劃集成了當(dāng)今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學(xué)和技術(shù)成果，被認(rèn)為是實現(xiàn)核聚變必不可少的一步。2004年前后，中國啟動加入ITER計劃的協(xié)商，希望通過ITER計劃提升我國國際合作的層次，提高大型國際科學(xué)工程項目的建設(shè)、管理、運(yùn)行和維修經(jīng)驗，并為今后聚變事業(yè)的發(fā)展打下人才基礎(chǔ)。

協(xié)議簽署之后，中國承擔(dān)了 ITER 裝置 10%的制造任務(wù)。核工業(yè)西南物理研究院承擔(dān)其中大部分的涉核項目，包括最重要的一項——屏蔽包層第一壁的設(shè)計與制造任務(wù)。眾所周知，核聚變產(chǎn)生能量的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的機(jī)理相似，因此也有了“人造太陽”的美名。核聚變要求創(chuàng)造上億度的高溫環(huán)境，而要構(gòu)建起“人造太陽”的核心，就需要用特殊的材料筑起一道“防火墻”，來抵御裝置內(nèi)部上億度的高溫環(huán)境。核西物院承擔(dān)的這項任務(wù)，處于反應(yīng)堆最核心位置，直接面對高溫聚變物質(zhì)，因而被稱為反應(yīng)堆的“第一壁”。無疑，這是ITER交給中方的一項高難度作業(yè)。

根據(jù) ITER 計劃的設(shè)計方案要求，第一壁要承受每平米4.7兆瓦的熱量，這幾乎可以瞬間將一公斤的鋼鐵融化。“在研發(fā)之初，根本沒有任何一種材料可以承受住這樣的超高溫。我們需要研發(fā)一種前所未有的復(fù)合材料。”從接到任務(wù)開始，核西物院第一壁研究負(fù)責(zé)人諶繼明就知道，他和他的團(tuán)隊需要從無到有地走出一條路。而除了材料研發(fā)，在質(zhì)量檢測方面，他們必須通過國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，這就意味著研發(fā)過程的每一步都必須建立起與國際相接軌的標(biāo)準(zhǔn)。

困難重重，壓力巨大。但參與國際項目，其背后的意義不言而喻。“世界上有很多國家在研究這種材料，如果我們不盡快研發(fā)出來，就沒有辦法與 ITER 簽署采購協(xié)議。

更有可能，我們會在國際上失去這個領(lǐng)域的話語權(quán)。這與中國加入ITER 計劃的目標(biāo)背道而馳。”毫無疑問，在這場世界舞臺的競技比賽中，諶繼明和他團(tuán)隊必須迎難而上。

技術(shù)攻關(guān)：創(chuàng)下“中國速度”

第一壁的研發(fā)每一步都是難關(guān)，但明知山有虎，偏向虎山行。核西物院第一壁研發(fā)團(tuán)隊堅持創(chuàng)新、一路攻堅，最終勇闖難關(guān)，創(chuàng)下國際競技中的“中國速度”。

諶繼明告訴記者，他們所制造的第一壁由三種材料復(fù)合組成，分別是鈹、銅和不銹鋼。如果你認(rèn)為只是把這三種材料簡單壓制在一起，就能夠制成新的抗輻射、耐高溫的材料，那就太想當(dāng)然了。

如何突破鈹銅材料的連接技術(shù)?這是第一壁團(tuán)隊首先要突破的難題。剛開始國內(nèi)外都沒有可參考的經(jīng)驗，樣品試制全部失敗了。團(tuán)隊沒有因此而氣餒，他們將可能的影響因素列出，一個個排查原因：假設(shè)過問題出在鈹材，于是千山萬水去全世界尋找合適的鈹材;假設(shè)過問題出在材料結(jié)構(gòu)，于是抽真空、加壓力;假設(shè)過問題出在包套強(qiáng)度，于是反復(fù)試驗……試驗、失敗、討論、研究新工藝，兩百多個日夜，連續(xù) 40 多輪實驗，這群人連軸轉(zhuǎn)，誰都沒有怨言。狹路相逢勇者勝，最終團(tuán)隊在不斷試驗中找到了解決問題的方法，鈹銅連接的成功率一下提高到90%以上!

本以為兩百多天的持續(xù)奮斗可以迎來全勝，但又一個“攔路虎”擺在了眼前：ITER 要求焊縫全焊透，同時背面無飛濺。對激光焊接而言，這兩個要求是相悖的。當(dāng)時，國內(nèi)外同行曾斷定這根本不可能實現(xiàn)，甚至提出修改技術(shù)要求。

“變不可能為可能”，團(tuán)隊成員又有了新目標(biāo)。他們顧不上休息，又投入到新一輪技術(shù)攻關(guān)中。在大量的工藝試驗和不斷總結(jié)規(guī)律之后，團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出了一種防飛濺吹氣焊方法，成功滿足了 ITER 的要求，也順利保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

一路披荊斬棘，中國的第一壁研發(fā)率先通過國際論證，出產(chǎn)品、出成果、出人才。如今，走進(jìn)核西物院實驗車間，擺在眼前的不僅僅是一個個閃耀著金屬光澤的成品，還有一支整體專業(yè)水平和創(chuàng)新能力大大提高的團(tuán)隊。而這一成功也在國內(nèi)外產(chǎn)生了巨大的反響。央視《新聞聯(lián)播》給予連續(xù)報道;俄羅斯同行在得知中國已解決此問題后，表達(dá)了高度的關(guān)注和欽佩，并數(shù)次邀請中國團(tuán)隊提供技術(shù)幫助;日本、歐盟等國家組織也先后與團(tuán)隊聯(lián)系，想到中國的實驗室參觀、學(xué)習(xí)。除此之外，技術(shù)攻關(guān)所形成的成果也將提升目前國內(nèi)激光焊所能達(dá)到的最大能力，并為其它的大型加工生產(chǎn)任務(wù)服務(wù)。

十年磨一劍，一招試鋒芒。在中國加入ITER計劃的第十年，核西物院用這份優(yōu)異的成績單，展示了中國在世界聚變舞臺上日益崛起的力量。據(jù)了解，除了第一壁部件率先通過ITER組織的認(rèn)證，核西物院負(fù)責(zé)的中子屏蔽包層模塊全尺寸原型件也率先通過了驗證。此外，在設(shè)計、特殊材料研制、材料連接技術(shù)、關(guān)鍵部件制造技術(shù)和試驗檢測技術(shù)等方面，核西物院也取得了多項突破，為ITER裝置的建造提供了保證，也為中國自主設(shè)計建造聚變堆奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時，在人類向“終極能源”前進(jìn)的道路上，從“跟隨”到 “領(lǐng)跑”，這群聚變科學(xué)家還在不斷探索，為推動人類聚變研究不斷實現(xiàn)跨越式發(fā)展努力。

原標(biāo)題:砥礪奮進(jìn)的五年｜十年跨越造就聚變第一壁

責(zé)任編輯：lixin

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