聚变能被视为解决人类能源问题的终极能源,聚变能的成功开发将推动能源生产革命,助力实现碳达峰、碳中和目标。可控核聚变作为人类历史上最具挑战的大科学工程之一,具有基础性、战略性、前瞻性和颠覆性的特点,一旦取得突破,会涌现出一批原始创新技术,形成先发优势。因而,受控核聚变的强大魅力一直吸引着核大国奋力攀登,我国将开发核聚变能作为一项战略性国家任务。
新一代“人造太阳”中国环流器二号M(HL-2M)装置研制团队作为中核集团核工业西南物理研究院聚变研究的“尖刀队”,始终坚持面向世界科技前沿、面向国家重大需求,通过新一代中国环流器系列装置的建设,再次将中国的“人造太阳”名片与四川的另一张名片“太阳神鸟”交相呼应。2020年,中国环流器二号M装置(下文简称HL-2M)在成都建成并放电,标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下了坚实基础。这一成果入选《人民日报》2020年中国硬核黑科技盘点、两院院士评选的“2020年中国十大科技进展新闻”及“央企十大国之重器”。
创新突破亿度空间 精心铸就环流重器
建设运行中国环流器系列装置,是我国核能发展热堆-快堆-聚变堆“三步走”战略中开发核聚变能的重要举措。近几年,HL-2M装置研制团队持续落实创新驱动战略,始终坚持科技自立自强。通过自主创新,最终打造出了具备开展堆芯级等离子体物理实验能力的技术平台,实现了HL-2M装置完全由我国自主设计建造,为下一步我国自主设计、建造聚变堆奠定技术基础。
HL-2M装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置,其采用了先进的结构与控制方式,其等离子体体积达到国内现有装置2倍以上,等离子体电流能力提高到2.5兆安培以上,等离子体离子温度可达到1.5亿度,能实现高密度、高比压、高自举电流运行。HL-2M装置作为我国最新一代先进磁约束核聚变实验研究装置,是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托装置,也是我国消化吸收世界最大国际合作项目之一国际热核聚变实验堆(ITER)技术不可或缺的重要平台。
全力破解“卡脖子”难题 责任引领产业技术升级
为确保装置的性能满足在堆芯级等离子体参数条件下开展物理实验研究,HL-2M装置工程技术难度及工艺复杂性大幅增加,不断挑战国内相关工程技术水平极限,关键技术攻坚与“卡脖子”难题破解成为了研制团队必须解决的问题。
经过高强度攻关,团队在装置特殊材料研制、关键部件研发、总装集成等方面取得了多项突破。团队研发出国内首创特殊材料,制造出我国首台D形截面特材双层双曲率薄壁件全焊接环状超高真空容器;打破被美国禁售的“卡脖子”技术壁垒和封锁,制造出国内无生产先例的大尺寸高强度膨胀螺栓,生产成本降低近90%;研制出国内首台完全自主知识产权的大型立轴脉冲发电机组,其发电量可负担一座百万级人口城市的基本用电量,部分指标已“领跑”国际;全面系统掌握了大型托卡马克装置总装集成技术,实现了磁体线圈中心柱、真空室等大型核心部件的精准定位和精密安装。
坚持协同创新,带动了产业技术升级,提升了我国制造水平和工程技术能力。团队掌握的特种材料、关键设备、极端条件精密制造等关键技术,已形成“同步辐射”效应,在航空、航天、电子等前沿领域实现创新应用。通过与国内企业广泛的协同创新,尤其是与东方电气集团东方电机有限公司、四川省工业设备安装公司等省内公司合力攻关,极大提升了企业复杂产品的研发能力和装备制造水平,锻炼了一批有工匠精神的专业人员。
深化国际合作,支撑国际大科学计划,提升我国牵头国际大科学工程的能力。2020年7月28日,国家主席习近平主席致信祝贺ITER计划重大工程安装启动。就在前一年9月,核西物院参与的中法联合体中标ITER主机安装一号合同,这是中国企业有史以来在欧洲中标的最大核能工程项目。参与ITER十年,中国的聚变研究也已经从技术“跟跑”、“并跑”达到了部分“领跑”,HL-2M作为消化、吸收ITER技术的重要平台,锻炼了一批具有参与大科学工程能力的人才,极大提升了我国参与及牵头国际大科学工程的能力。
着力锻造一流团队 多点斩获亮眼成绩
团队现有成员76人,面对“国之大器”建设任务,这个团队,不可谓不“小”,但这是一支业务精湛、充满创造力的一流团队,其35岁以下青年占比64%,硕士研究生及以上学历成员占比93%。这支平均年龄33岁的团队申报、获批、授权专利共58项,申请、立项、发布行业标准12项,以团队为核心的聚变所获国务院国资委和人力资源社会保障部联合颁发的“中央企业先进集体”。团队技术多次获得国防科学技术进步奖、中核集团公司科学技术奖。团队成员先后荣获中国青年博士最高荣誉“蔡诗东等离子体物理奖”、表彰在核物理研究领域做出重要贡献的“胡济民教育科学奖”、亚太等离子体物理“杰出青年科学家”奖、国家海外高层次人才引进计划青年项目、中核集团科技工作者最高奖项“钱三强”科技奖、“中核集团十大杰出青年”,以及“成都工匠”等重量级奖项。
中国环流器二号M(HL-2M)装置研制团队瞄准世界科技前沿,抓住大趋势,以“强核报国,创新奉献”的精神,以“功成不必在我,功成必定有我”的责任担当,甘坐冷板凳,勇做挖井人,自主建成了中国新一代“人造太阳”装置,推动我国聚变前瞻性基础研究进步,取得了一系列引领性原创成果,为我国早日率先实现核聚变能和平开发利用贡献了重要力量。