四川在线 记者 徐莉莎

逐梦“人造太阳”，人类又迈出重要一步。

当地时间7月28日上午，位于法国南部卡达拉舍的国际热核聚变实验堆(ITER)总部，托卡马克装置总装工程的启动仪式举行。相隔万里，一帮远在四川成都的科学家们分享着跨越半个地球的喜悦。

这是一个凝聚了全球顶级智慧的国际科学工程计划。几十年来，科学家们孜孜以求，以期在地球上通过核聚变“生产”出可供人类源源不断使用的清洁能源。为此，包括中、美、俄、欧盟、日、韩、印度在内的七方35个国家共同加入了ITER计划。

托卡马克是进行可控热核聚变的主流装置，由于它产生能量的原理与太阳相似，也被人们形象地称为“人造太阳”。在ITER计划中，这个高30米、直径28米的装置，建成后将成为全球最大、最复杂的托卡马克装置。

这个当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程中，不乏“四川造”的身影。不管是在关键部件的研发制造，还是总装工程中，都少不了中核集团核工业西南物理研究院(以下简称“核西物院”)为代表的四川力量。

为什么需要“人造太阳”?

近年来，能源危机已经日益凸显。寻找未来能源，科学家们将目光投向了太阳。

太阳之所以能够持续发光发热，是因为它时刻发生着核聚变反应。在地球上最容易实现的核聚变反应是氢的两个同胞兄弟(同位素氘和氚)聚合生成一个氦原子核与一个中子并释放出巨大能量的过程。可控核聚变所需的反应原料，在地球上非常丰富，其中氘可以从海水中提，海洋中大概蕴藏了40万亿吨氘。理论上如果全部用于聚变反应，释放的能量足够人类使用几百亿年。

但是，要在地球上可控地实现核聚变反应、直接获取能量的条件非常苛刻。一是温度，等离子体离子温度要达到上亿度的高温，二是要有足够高的密度，三是要长时间把这些高温、高密度的等离子体约束在有限的空间内。

科学家们呕心沥血几十年，想出了一个巧妙的方法：用强磁场。建设大型受控热核聚变实验装置，让聚变后产生的上亿摄氏度的等离子体，长时间内“老实地呆在容器里”，使聚变反应稳定持续地进行。托卡马克，就是这个容器。在俄语中，它是“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词拼在一起的，巧妙地解释了它的构造原理。

攻克多个难题

第一道防火墙是“四川造”

ITER是在全世界60多年来聚变研究积累的经验基础上设计的，其主要目标是验证聚变能利用的科学和工程可行性。

建设期前期的合作过程就像拼乐高，多国分别承担“人造太阳”部件的研制(采购包)任务，完成“乐高模块”的制作;模块就位后，再装配成有机整体。

在部件制造阶段，中国承担了9%的研发任务，基本覆盖了ITER核心部件的研发。中核集团下的核西物院有长达50多年的核聚变装置研究、设计、建造和运行经验，自然成为中国参与ITER计划的主要技术支撑单位之一。

在核西物院的每栋楼里，都做着与ITER相关的科研实验。记者从核西物院了解到，在ITER计划中，该院牵头承担了包括托卡马克的屏蔽包层模块及第一壁、辉光放电清洗与气体注入系统、ITER的磁体支撑结构，ITER产氚实验包层模块等核心核工程部件的研制任务，并联合东方电气集团等大批四川和国内相关企业和研究机构在聚变堆材料、部件及核心关键技术方面取得多项突破。

第一壁，如同它的名字，这是核聚变反应的第一道防火墙，也是核聚变技术中最关键的技术之一。运转过程中，核聚变装置内部的温度将高达几亿度，第一壁要承受每平米4.7兆瓦的热量，是夏季三伏晴朗天地表太阳光照强度的4700倍。

记者看到，第一壁的半原型件造型酷似三明治上摆放着巧克力块。ITER屏蔽包层采购包负责人谌继明介绍，这个部件最核心的技术就是铜、不锈钢、铍三种材料冶金结合的连接技术。三种材料的焊接方式各自不同，要完美焊接在一起，对焊接要求极高。经过谌继明团队14年默默耕耘，该问题终于被攻克。2016年12月，我国研发的第一壁半原型件率先通过国际权威机构认证。

另一个采购包项目则事关ITER装置的整体运行稳定性。据ITER磁体支撑产品项目负责人李鹏远介绍，这是ITER重要结构安全部件之一，负责支撑整个热核聚变实验堆的核心装置。磁体支撑不仅承载着1万吨的磁体系统重量，还要承受极端条件下恶劣的工作环境。ITER磁体支撑首批部件已于2018年完成交付。

中标金额最大合同

将为“人造太阳”装心脏

正在进行中的辉光放电清洗系统和气体注入系统项目同样事关重大。项目负责人李波介绍，这两套系统，承担了ITER的器件清洗和燃料气体输入的重任。

另一个模块事关未来。ITER产氚实验包层模块用于验证未来聚变堆堆芯的核心部件一产氚包层的相关技术，需要实现中子屏蔽、产氚和能量提取的功能，其设计和制造均面临着巨大的技术挑战。经过十余年的研发攻关，由核西物院牵头负责的中国氦冷固态产氚包层系统项目在ITER计划各方中率先完成概念设计评审和关键技术预研并进入初步设计阶段。

2019年9月，中核集团牵头的联合体成功中标ITER计划迄今为止金额最大的工程合同，ITER主机安装一号合同(TAC1)，它的内容包含了ITER装置核心部件的安装工程，其重要性相当于人体的心脏。这也是有史以来中国企业在欧洲市场中标的最大核能工程项目合同。

核西物院作为TAC1项目的主要技术支持单位之一，向联合体派出了管理和技术专家，为安装工程提供重要的技术保障，并负责部分特殊安装工艺的实施。

据了解，ITER装置预计在2025年首次实现等离子体放电并进入运行阶段。

图片来源：ITER Organization 官网