中国环流器二号M装置主机磁体线圈的中心柱。
中心柱底部。
真空室外观
新一代“人造太阳”超级数据
◎将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培，等离子体温度超过2亿度
◎在安装产生磁场的线圈时，其同轴度在半径方向的偏差要控制在1毫米内，线圈中平面高度的偏差则控制在正负1毫米之内
◎装置“烧”的燃料就是海水里面氢的同位元素氘，理论上氘可以为人类一千个电站使用上百亿年
我国“人造太阳”研究迎来重要节点。6月5日下午，在成都的中国环流器二号M(HL-2M)装置建设现场，该装置主机线圈系统现场交付后，中核集团、东方电气集团、华西集团三方代表共同点亮启动球，拉开中国新一代“人造太阳”装置总体安装序幕，中国人离实现聚变清洁能源的梦想又跨近一步。
核聚变产生能量与太阳发光发热的原理相似，因此在地球上以探索清洁能源为目的的可控核聚变研究装置，便有了“人造太阳”的美名。中国新一代核聚变实验装置中国环流器二号M(HL-2M)，由中核集团核工业西南物理研究院(核西物院)承建，是开展聚变堆核心技术研究的关键平台，将大幅提高我国聚变研究手段和能力，从而为实现我国聚变前沿技术从跟跑、并跑到领跑的跨越提供重要支撑。
相比于我国现有的装置，新一代装置规模大、参数高，采用了更先进的结构与控制方式，有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培，等离子体温度超过2亿度。
据悉，装置总体安装将由华西集团四川省工业设备安装公司接棒，预计今年底前建成，届时，中国最先进、国际领先的“人造太阳”实验装置将在四川诞生。
高
“心柱”交付
高冲击载荷条件下运行寿命不低于10万次
主机线圈系统是该装置主机的核心部件之一，用来产生磁场约束整个等离子体。
5日成功交付的是系统“心柱”部分，其研制是整个线圈系统最具挑战的任务。线圈中心柱由20组环向场线圈中心段组件和中心螺旋管线圈装配而成，总体重量约90吨。中心柱制造难度大，工艺精度要求极高，高冲击载荷条件下运行寿命要求不低于10万次。
“设计方对装置进行了优化，将主机线圈装置铜合金材料升级、环向磁场线圈分段结构优化为整段结构、实现线圈小锯齿面啮合工艺等优化措施，提高了装置电气性能和机械性能。”项目相关负责人介绍，东方电机在线圈正式投产前期，还先后进行了数控加工、焊接、绝缘、安装、专机设备和专用工装六大类工艺试验项目，累计关键工艺试验项目28项。
除了制造技术完全自主化，通过工艺优化使线圈绝缘材料动态疲劳剪切强度高于国外同类装置，达到超过100万次仍不开裂。
整个线圈核心部分的成功交付，意味着装置的各零件已配齐，安装正式开始。
精
“精度”要求
安装磁场线圈控制1毫米以内的误差
记者在交付现场看到，目前“中国环流器二号M”装置的中心柱已经落座重力支撑环上。不远处，安放着如“甜甜圈”形状的主机真空室。
下一步相关工作人员将进行包括磁体部分、真空室及其它辅助系统的组合安装。
完成安装后，这个高和直径约十米的“人造太阳”实验装置，大致模样类似于“中国环流器二号A”装置，呈八爪鱼的“姿态”。不过从参数、规模等方面比较起来，都属于升级版本。
“相关的参数都会大幅度提升，等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培，真空室内等离子体的体积是原来的三倍以上。”核工业西南物理研究所聚变科学所研究员蔡立君表示。
装置投入实验后，在“甜甜圈”的真空室内，等离子体温度达到上亿摄氏度，这是任何材料都无法承受的。正是这样，科学家才利用了环形磁场的方式，将高温的等离子体和材料隔离，使其悬浮不碰触到真空室的内壁，从而加热控制，实现聚变反应。而这个原理，就类似于地球南北极产生的磁场，将来自太阳的带电粒子“悬浮”起来，使其与人类隔离。
“但这也就要求磁场能够精确稳定控制等离子体的位置，约束其放电。”蔡立君介绍，在安装产生磁场的线圈时，其同轴度在半径方向的偏差要控制在1毫米之内，线圈中平面高度的偏差则控制在正负1毫米之内。
另外，为了组装高度3米多，直径5米多的真空室，相关工作人员还采购了两套激光跟踪仪，其测量精度达到0.15毫米。
尖
安全保证
聚变产物为无任何放射性的氦
“中国环流器二号M”装置投入实验后，对“甜甜圈”内不停“运动”的等离子体进行约束更是挑战。
“中国环流器二号M”装置总工程师杨青巍形容，这就好像从不同方向吹起一团液体使其悬浮于空中，而左右晃动不能超过1毫米。“而且难度还要大得多，面临各种不稳定因素。”因此除了保证在安装过程中的“精度”，实验中对线圈的电流也要进行控制，一旦发现偏差便进行调节。
据悉，该装置能够承载更大线圈电流，有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培，而等离子体温度也将超过2亿度，以便用于开展聚变堆相关关键物理与工程技术研究，为我国参与国际热核聚变实验堆(ITER)实验与运行以及自主设计建造未来聚变堆提供重要技术支撑。
如此高温度的实验，安全性又如何?
杨青巍对此解释为核聚变具有“固有安全性”，其原因有二。首先，核聚变反应条件非常苛刻，“如果装置中的磁约束不够好造成等离子体碰壁，一旦高温烧蚀装置出现杂质，反应的条件马上就不具备，马上就不能再发生反应了。”
更为重要的是，装置运作所用的燃料就是海水里面氢的同位元素氘，海水里面存在的氘可以为我们人类一千个电站使用上百亿年，所以资源的开发得以无限。“而聚变所产生的废料也无害，这保证了固有安全性。”杨青巍指出，不同于其他的核废料处理需要浓缩和深埋，以防辐射危害，“人造太阳”聚变产物为氦，并无任何放射性。
华西都市报-封面新闻记者 杨晨 关天舜
知/道/一/下
“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。
ITER计划于2006年11月21日签署协议，我国成为ITER计划的七个成员之一，其他成员为欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国。ITER实验堆建在法国，为以后核聚变发电站的可行性进行验证，建造预算约55亿美元;技术方面，中国将承担其中约9%的研发制造任务——这就是中核集团核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所等单位科学家承担的任务。其中，位于成都的核工业西南物理研究院承担了其中约一半部件研发的重任。
按照计划，如果ITER按计划取得成功，预计将在2035年左右建造聚变示范堆(DEMO);有望2050年前后建造第一个商用反应堆，也就是可供商业利用的电站，到时，人们将用上核聚变能。
