可控核聚變一直被認(rèn)為是解決人類能源問題的“終極答案”。2月29日，全球最大“人造太陽”國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）組織與中核集團(tuán)中核工程牽頭的中法聯(lián)合體正式簽署真空室模塊組裝合同。這是中國在成功安裝其心臟設(shè)備之后，再次承擔(dān)其核心設(shè)備的安裝任務(wù)。正如童謠“種太陽”所唱的那樣，人類親手種下的“太陽”正在茁壯生長，未來將為世界提供更多的溫暖與明亮。那么，中國的可控核聚變研發(fā)水平如何？在全球合作中扮演著怎樣的角色？真正的“人造太陽”還要多久能夠完全實(shí)現(xiàn)？可控核聚變與當(dāng)下如火如荼的人工智能是否有深度融合的可能？全國政協(xié)委員、中核集團(tuán)聚變堆核電站技術(shù)分領(lǐng)域首席專家段旭如接受記者采訪時(shí)，給出了令人振奮的回答。

突破再突破

國際核聚變能開發(fā)進(jìn)入新階段

2023年，國務(wù)院國資委啟動(dòng)實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥砟茉吹闹匾较?。去年年底，在中核集團(tuán)的牽頭下，由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立。在您看來，我國核聚變研發(fā)目前處于一個(gè)什么樣的階段？近年來都取得了哪些重要進(jìn)展？“人造太陽”距離我們還有多遠(yuǎn)？

段旭如（以下簡稱“段”）：自參加ITER計(jì)劃以來，我國相關(guān)科研實(shí)力得到了極大提升，核聚變技術(shù)已從過去的跟跑到并跑，到部分技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。同時(shí)，在聚變科研方面培養(yǎng)了一批具有國際視野的人才，建成了多座國際先進(jìn)的研發(fā)平臺(tái)。當(dāng)前重點(diǎn)開展聚變等離子體實(shí)驗(yàn)研究及聚變堆設(shè)計(jì)與工程技術(shù)研發(fā)，特別是為釋放聚變堆研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，正積極籌劃在聚變實(shí)驗(yàn)堆前盡快開展氘氚燃燒等離子體實(shí)驗(yàn)，以夯實(shí)氘氚運(yùn)行科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)，加快向?qū)嶒?yàn)堆工程階段邁進(jìn)。

近年來，我國可控核聚變研究不斷取得突破。東方超環(huán)（EAST）首次實(shí)現(xiàn)403秒的長時(shí)間高約束模式運(yùn)行，國內(nèi)當(dāng)前規(guī)模最大、參數(shù)能力最高的新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運(yùn)行紀(jì)錄，標(biāo)志我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。同時(shí)，我國聚變堆關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)也取得了一系列重要進(jìn)展。在聚變堆“點(diǎn)火”所需的外部加熱技術(shù)方面，我國研發(fā)的射頻負(fù)離子源中性束實(shí)現(xiàn)單級加速電壓超160KV，平均束流密超270A/m2，技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。在聚變堆涉核關(guān)鍵技術(shù)方面，我國ITER產(chǎn)氚包層（TBM）系統(tǒng)率先通過了ITER設(shè)計(jì)評審，制造出全球首個(gè)全尺寸聚變堆產(chǎn)氚包層驗(yàn)證模塊，率先完成ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁全尺寸原型件認(rèn)證，并發(fā)布全球首項(xiàng)核聚變領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)。2023年，中核集團(tuán)牽頭實(shí)施的ITER托卡馬克主機(jī)安裝第一階段任務(wù)圓滿完成，并得到ITER組織高度肯定。

近年來，世界核大國均已開始加快推進(jìn)本國的聚變能源研發(fā)部署，社會(huì)資本也在加速涌入，核聚變能開發(fā)正進(jìn)入新的發(fā)展階段。在全球范圍內(nèi)，歐美相繼在JET和TFTR裝置上成功開展氘氚實(shí)驗(yàn)，國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER也已開始安裝，國際聚變能源研發(fā)正逐步邁向?qū)嶒?yàn)堆工程階段，核聚變研發(fā)進(jìn)入寶貴機(jī)遇期。2019年，中核集團(tuán)牽頭的中法聯(lián)合體成功中標(biāo)國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆主機(jī)安裝一號合同，意味著我國五十多年的核聚變技術(shù)積累和國際影響力獲國際的認(rèn)可。這些為我國未來深度參與ITER實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、自主設(shè)計(jì)建造聚變先導(dǎo)工程實(shí)驗(yàn)堆奠定了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

從我國核工業(yè)取得成功的寶貴經(jīng)驗(yàn)來看，“實(shí)驗(yàn)堆—示范堆—商用堆”的聚變堆工程發(fā)展路徑，是核能走向能源應(yīng)用的客觀規(guī)律，我們需要腳踏實(shí)地走好每一階段。預(yù)計(jì)再經(jīng)過20到30年的時(shí)間，“人造太陽”將為人類提供低碳、高效、安全的新型能源。

AI+聚變

產(chǎn)業(yè)融合促進(jìn)新型能源體系構(gòu)建

2月21日，美國普林斯頓大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道稱，研究人員已研發(fā)出一個(gè)可用于實(shí)時(shí)預(yù)測聚變堆等離子體不穩(wěn)定性的人工智能模型，可以提前300毫秒預(yù)測撕裂模不穩(wěn)定性。您如何看待這一事件？在當(dāng)前人工智能研究如火如荼的大環(huán)境下，核聚變研究與人工智能是否有深度融合的可能？應(yīng)當(dāng)從哪些方面著手加快推進(jìn)我國聚變能開發(fā)？

段：當(dāng)前，人工智能已經(jīng)逐步介入核聚變研究領(lǐng)域，并呈現(xiàn)深度融合的趨勢。近幾年，人工智能已經(jīng)應(yīng)用于等離子體運(yùn)行監(jiān)測（破裂預(yù)測）、控制及不穩(wěn)定性預(yù)測等研究中，取得了不錯(cuò)的成績。總體看，人工智能在核聚變研究中的應(yīng)用還處于起步階段，具有很大的發(fā)展空間和潛力。核聚變研究經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的實(shí)驗(yàn)物理及工程數(shù)據(jù)。人工智能在處理大數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，對挖掘核聚變研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加快核聚變研究進(jìn)程將具有很大推動(dòng)作用。

此外，隨著國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃不斷深入推進(jìn)及聚變堆設(shè)計(jì)研究工作的開展，人們認(rèn)識到，要實(shí)現(xiàn)核聚變能源應(yīng)用，仍面臨一些關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)，主要包括氘氚聚變等離子體穩(wěn)態(tài)自持燃燒、聚變堆材料以及氚自持等科學(xué)技術(shù)問題亟待解決。近年來，我國核聚變技術(shù)相關(guān)科研實(shí)力得到了極大提升，在聚變科研方面培養(yǎng)了一批具有國際視野的人才，建成了多座國際先進(jìn)的研發(fā)平臺(tái)。但對于核聚變能應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，無論是人才儲(chǔ)備還是研發(fā)能力仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

針對上述問題，需要充分發(fā)揮我國新型舉國體制優(yōu)勢，統(tǒng)籌布局，協(xié)調(diào)好現(xiàn)有優(yōu)勢力量與資源，團(tuán)結(jié)協(xié)作，集中力量協(xié)同攻關(guān)聚變堆關(guān)鍵技術(shù)。充分發(fā)揮工業(yè)界和企業(yè)集團(tuán)科技創(chuàng)新主體等作用，發(fā)揮企業(yè)在工程設(shè)計(jì)、材料生產(chǎn)、裝備制造等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)賦能優(yōu)勢，助推產(chǎn)學(xué)研協(xié)作效率的提升，推進(jìn)我國核聚變能開發(fā)高質(zhì)量發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人民生活水平的提高，以化石能源為主的現(xiàn)有能源將不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，取之不盡用之不竭的清潔安全的能源是人類孜孜以求的未來理想能源。核聚變能具有資源豐富、環(huán)境友好和固有安全性等明顯優(yōu)勢，是目前認(rèn)識到的最終解決人類能源問題與環(huán)境問題的重要途徑。期待聚變能未來可以走進(jìn)千家萬戶，在助推我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)新型能源體系構(gòu)建和保障國家能源安全發(fā)揮更大作用。

小堆有“大”用

加快法規(guī)建設(shè)迫在眉睫

除了可控核聚變，先進(jìn)小型模塊化反應(yīng)堆也是全球先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)的焦點(diǎn)。目前，“玲龍一號”項(xiàng)目進(jìn)展情況如何？在我國新型能源體系的建設(shè)中，小型模塊化反應(yīng)堆會(huì)發(fā)揮怎樣的作用？為何要加快完善適應(yīng)小型模塊化反應(yīng)堆法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)？

段：“玲龍一號”是中核集團(tuán)在成熟壓水堆核電站和核電技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型核反應(yīng)堆，是全球首個(gè)通過國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）通用安全審查的小型模塊化壓水反應(yīng)堆。目前，“玲龍一號”項(xiàng)目建設(shè)正在順利推進(jìn)中，今年2月6日，“玲龍一號”外穹頂?shù)跹b成功，反應(yīng)堆廠房的主體結(jié)構(gòu)已全部施工完成，為后續(xù)反應(yīng)堆廠房的封頂?shù)於嘶A(chǔ)。“玲龍一號”項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2026年如期投產(chǎn)發(fā)電，預(yù)計(jì)每年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí)，滿足海南52.6萬戶家庭用電需求，每年可減少二氧化碳排放量約88萬噸，相當(dāng)于一年植樹750萬棵。

小堆因其系統(tǒng)設(shè)備簡化、選址靈活、投資少，以及可根據(jù)用戶需求靈活設(shè)計(jì)和配置等諸多優(yōu)勢，近年越來越受到核能行業(yè)的關(guān)注，推廣小型堆的多用途利用已成為業(yè)界共識。小堆不但是熱電冷三聯(lián)供的理想熱源，還可以實(shí)現(xiàn)核能制氫、海水淡化等用途，通過與高耗能高碳排行業(yè)的耦合發(fā)展，助力其清潔低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，助力我國新型能源體系建設(shè)。

目前，針對小堆在項(xiàng)目審批、安全審查、核事故處理、應(yīng)急補(bǔ)救措施、安全防護(hù)等方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，存在較多空白。如果直接套用大型反應(yīng)堆的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，將造成冗余設(shè)計(jì)過多，無法反映小堆自身的優(yōu)勢，反而會(huì)制約小堆的發(fā)展。另外，小堆的選址與建造通常與目標(biāo)用戶距離較近，因而受到公眾的更大關(guān)注。因此，制定并完善適用于小堆的安全監(jiān)管法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于小堆項(xiàng)目評審落地，推動(dòng)小堆產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

作為核能創(chuàng)新的典型代表，小堆具有用途多元、部署靈活、環(huán)境友好、安全性高等突出特點(diǎn)，具有很好的發(fā)展預(yù)期和市場前景，將與大型壓水堆形成互補(bǔ)發(fā)展的良好局面，共同為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、助力我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)作出重要貢獻(xiàn)。