抓住机遇中国氚科技需迎头赶上

  “随着民用核聚变能源技术的发展,现有的氚科技水平,已无法满足未来聚变堆开展大规模操作的应用需求,必须发展与之相适应的氚科学与技术。”

  今年是国务院批准设立“国际热核聚变实验堆(ITER)计划专项”、全国人大常委会审议通过国际热核聚变实验堆计划及ITER组织正式成立三个重大事件十年的里程碑年。我国核物理专家彭先觉院士在11月23日至24日召开的香山科学会议上,发出如此呼吁。

  氚,是一种具有放射性的氢同位素,可与氢的另一种同位素氘发生核聚变反应,并产生大量能源。这是目前地球上最容易实现的核聚变反应。相比核裂变,这种核聚变能源更为清洁安全。

  “在氘—氚核聚变反应中,氘为天然存在的稳定核素,储量丰富且易于提取;而氚为人造核素,必须使用专门技术获取。”科技部ITER执行中心潘传红研究员介绍,这就使相关氚科学与技术成为开发核聚变能源进程中必须掌握的核心技术。

  ITER的基本原理也是氘—氚核聚变反应。这项计划由中、欧、日、韩、俄、美、印等多个国家和地区共同参与,是我国迄今参与的规模最大的国际科技合作计划。

  彭先觉介绍,以参加ITER计划为契机,2008年我国启动了ITER计划专项国内配套研究工作。其中包括中国磁约束聚变工程实验堆(CFETR)的概念设计研究。

  “ITER的建造说明核聚变研究正向核聚变能源堆的方向发展,而聚变能源堆的建设和运行必须得到氚科学技术的大力支持,同时也对氚科学技术提出重大挑战。”中国科学院等离子体物理研究所万元熙院士说。

  “最大的机遇和挑战,就是对氚的操作从克量级跨越式上升到公斤量级。”中国工程物理研究院研究员蒙大桥在接受科技日报记者采访时说。

  蒙大桥解释,未来ITER开始运行后,氘氚等离子体将会在温度高达1亿摄氏度的反应器中燃烧。要保证这个“人造太阳”不熄火,需要大约3公斤的氚在复杂的管路中不断循环,而以往大多以克为单位,甚至以居里(相当于万分之一克)为单位。

  “同时处理这么多的氚,会涉及众多科学技术问题。”蒙大桥说,比如需要提高对氚的处理效率,因为处理慢意味着管路中将滞留更多的氚。另外,聚变装置中极端高温、高辐照,材料的原有性能容易失效,而氚又十分容易渗透,这也对涉氚材料和设备提出极其苛刻的要求。

  彭先觉介绍,目前我国氚科学技术虽在某些方面取得可喜进展,但整体上与欧、美、日仍存在明显差距。例如,仍缺乏数百克甚至公斤级氚操作的工程可行性验证试验。而且由于基础薄弱,国内涉氚材料、器件和设备的研发能力仍是短板。

  “中国应以ITER的建设和CFETR的规划作为重大工程牵引,带动氚的处理工艺,涉氚材料和设备,氚的分析、测量和监测等一系列氚科学技术的发展。”蒙大桥说,与此同时还可以围绕氚的排放、氚的安全操作等制定相应的规范和标准。

  中国工程物理研究院材料研究所所长罗文华研究员也呼吁,国内相关科研院所、高校和企业应广泛联合,进一步对聚变堆氘氚燃料循环所涉及的技术和工程问题开展系统、深入、全面的研究,以支撑我国聚变能的跨越式发展。(记者 刘园园)

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