新华社伦敦/巴黎5月1日电 特稿｜多国数十年共建“人造太阳”达成重要里程碑
新华社记者郭爽 罗毓
国际热核聚变实验堆（ITER）组织官网4月30日宣布，经过数十年努力，这一由30多个国家参与建造的“人造太阳”已完成其“电磁心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造。该成果被ITER称为“里程碑式的成就”，标志着人类向实现可控核聚变能源迈出关键一步。
探索可控核聚变
ITER是一个能产生大规模核聚变反应的托卡马克装置，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索可控核聚变技术商业化可行性，由欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等共同资助。
其聚变原理是将氢同位素结合形成氦，并在过程中释放出巨大能量——这与太阳的能量来源相同。与目前的核能发电不同，聚变不会产生长期的放射性废物，而且使用的燃料在海水中含量丰富。
ITER组织发言人拉班·科布伦茨向新华社记者介绍，该系统运转时，将首先把2至3克氘氚混合气体注入托卡马克环形腔室，然后通电流，形成等离子体，再用磁体构建“无形的磁笼”加以控制。此后，外部加热系统将等离子体温度升高到1.5亿摄氏度，粒子高速运动克服电荷斥力，发生聚变，释放巨大能量。
在全面运行时，ITER预计仅需输入50兆瓦的加热功率，即可产生500兆瓦的聚变功率，十倍能量增益将证明聚变作为能源的可行性。
新建成的脉冲磁体系统是托卡马克装置的“电磁心脏”。ITER组织总干事彼得罗·巴拉巴斯基说：“这非常重要，因为在聚变装置，尤其是磁约束聚变中，最重要的部件就是磁体本身。”
这一磁体系统由中心螺线管和六个环形极向场磁体协同工作。中心螺线管是一块总高18米，直径4.25米的圆柱形磁体，磁场强度达13特斯拉，相当于地球磁场的28万倍，强大到足以举起一艘航空母舰，结构强度可承受的力相当于航天飞机发射推力的两倍。环形极向场磁体是直径9至25米的超导磁环，中国参与制造。完整组装后的脉冲磁体系统重量将接近3000吨。
“这非常了不起，我们正处于组装阶段，进展非常顺利。”巴拉巴斯基说。
全球合作树立典范
巴拉巴斯基接受新华社记者采访时说：“ITER的独特之处不仅在于其技术的复杂性，还在于其在政治变局中得以维持的国际合作框架，其超越地缘政治取得的成就尤其引人注目。”
作为全球最大、最复杂的科技合作项目之一，位于法国南部的ITER已被广泛视为国际合作共同应对全球挑战的典范。从1985年倡议提出、2006年条约签署，到2007年装置建造开始、2010年场地建设开工、2020年重大工程安装启动，该计划参与方并肩携手，奋力前行。该项目由欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等持续合作，数千名科学家和工程师在三大洲数百家工厂共同为之努力。磁体制造所需超导线材超过10万公里，由6个国家的9家工厂生产。
其中，ITER磁体馈线系统由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研制，被称为ITER磁体系统的“生命线”。作为ITER中国工作组重要单位之一，等离子体物理研究所承担了超导体、校正场线圈、磁体馈线、电源、诊断等众多采购包，占中国承担ITER采购包任务的大部分。
根据协议，成员国以建造和供应部件的形式承担ITER建设的大部分成本。这意味着每个成员国的融资主要用于其自身公司，用于研发生产ITER极具挑战性的技术部件。在此过程中，这些公司也推动创新并积累专业知识，从而构建全球聚变供应链。所有成员国均可获得100%的知识产权。
商业化前景可期
“现在是聚变领域最激动人心的时期。”英国伯明翰大学核聚变能源讲席教授阿伦·巴塔查里亚接受新华社记者采访时说，“最重要的是，这不仅仅是一两个人、一两个国家在做，而是全球都在朝这个方向努力，真的令人振奋。”
过去5年，私营企业对聚变能源研发投资激增。2023年11月，ITER理事会认识到这一趋势带来的价值和机遇，鼓励ITER组织成员国的国内机构积极与私营部门合作，转移ITER积累的知识，以加速核聚变实现进程。2024年，ITER启动了与私营部门的知识共享和研发合作项目，今年4月还举办了公私合作研讨会，推动聚变技术创新。
不过，巴拉巴斯基告诉新华社记者，目前关于聚变能源商业化的预测存在很大差异。在最近举行的研讨会上，30家私营企业代表给出的时间从2028年到2040年不等，甚至更久。差异源于技术路径不同，而每种方法都需解决基础工程问题，因此商业化时间难以精确预测。