中科院专家：已开始核聚变发电站工程设计，有望10年内示范发电

新京报快讯（记者 张璐）作为2021中关村论坛平行论坛之一，碳达峰碳中和科技论坛于9月26日举行，中科院等离子体物理研究所所长宋云涛在演讲时表示，聚变能是核能发展的最终目标，聚变能可以为碳中和的实现做出重大贡献。

在接受新京报记者采访时，宋云涛表示，他们已经开始做未来核聚变发电站的工程设计，希望在国家的大力支持下，在10年内建成示范工程。

“人造太阳”EAST已稳定运行15年

新京报：受控核聚变研究装置又被称为“人造太阳”，核聚变能有何优势？

宋云涛：目前，世界能源消耗量越来越大，人类需要开发新能源。核聚变能是清洁低碳、安全高效的新能源。核聚变原料和生成物没有放射性物质，它是氘和氚发生反应，不存在核泄漏等问题，即使出现危险，也只是终止反应，非常安全。

海水中蕴藏着大约40万亿吨氘，一升水能够提炼0.03克的氘，其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油或者燃烧336公斤煤。这样算来，地球上的海水可以供人类使用上亿年。

20世纪50年代，第一颗氢弹成功试爆，但氢弹爆炸是不可控的核聚变反应，不能作为提供社会生产和人类生活能源的手段。此后，人类致力于受控核聚变研究，但这也面临一系列科学技术挑战。

新京报：受控核聚变如何实现？

宋云涛：目前实现聚变的方法主要有磁约束核聚变和惯性约束核聚变等。磁约束核聚变是利用强磁场来约束温度极高的等离子体的核燃料，以使其反应。实现受控核聚变的条件十分苛刻，一是燃料需达到1亿摄氏度以上的极高温度（1亿摄氏度的物质处于等离子体态）；二是具有足够的密度，从而提高燃料原子核之间碰撞而发生核聚变反应的概率；三是具备足够长的能量约束时间，等离子体维持足够长的时间，以便充分地发生聚变反应，放出足够多的能量。

新京报：EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置）的建造经历了怎样的过程？运行情况如何？

宋云涛：EAST是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，中文名称为“东方超环”。这是我们坚持独立自主创新、协同攻关建设的大科学装置。它于2000年开工建设，2006年建成并投入运行。

EAST实验装置可以对受控核聚变相关的前沿物理问题开展探索性的实验研究，通常被称为“人造太阳”。其实“人造太阳”的反应原理和太阳一样，太阳每天释放出大量的光和热，因为它的内部不断进行核聚变。

这个装置科学目标定得非常高，实现1亿摄氏度1000秒的等离子体运行。目前，EAST装置已稳定运行15年。

开始设计核聚变发电站，未来10年有望建示范工程

新京报：今年5月28日，EAST实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，这意味着什么？距离1000秒的目标实现还有多远？

宋云涛：这打破了世界纪录，为未来建聚变堆奠定了坚实的物理和工程基础。擦火柴一闪，能量就没有了，而煤球可以一直燃烧，我们要做的就是用超导装置把聚变的“煤球”点燃。把这么大容量的上亿摄氏度的东西维持住并不容易，这个维持时间从毫秒到秒，再延长到100秒，发展进程是很快的。所以我说，磁约束核聚变的发展速度和电脑CPU芯片的发展速度一样快。

我们接下来的目标就是把维持时间延长到400秒、1000秒之后，这将在未来几年实现。

新京报：在EAST建设过程中，科研人员自主创新，进行了大量攻关，是否可以举个有代表性的例子？

宋云涛：为了达到聚变实验装置所要求的条件，EAST团队自主设计、研发了大部分具有我国自主知识产权的关键技术，创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。

超导材料用于产生磁场，是非常关键的材料。靠着自主创新，我们和国内最好的超导企业来共同研发，根据聚变的需求研发了超导材料。当时中国10年能生产100公斤至150公斤，现在由于大科学装置的带动，我们能生产1000吨。国外60%-70%的超导材料要向我们买，我们国家的出口量也是很大的。

新京报：何时能用上核聚变能发电？

宋云涛：我们已经开始做未来核聚变发电站的工程设计。如果在国家大力支持下，我们希望在10年以内建成小的示范工程，真正实现聚变堆发电。未来，聚变核电站将在多地建设。

新京报：我国核聚变研究进展如何？在国际上是否处于前列？

宋云涛：以前国外把核聚变研究装置送给我们，我们用俄罗斯的旧装置锻炼了一代人。如今，我国核聚变研究了50多年，取得了一系列突破性进展。

中科院合肥研究院等离子体物理研究所正在承担建设聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT），这是国家“十三五”大科学装置，其超导磁体系统有4层楼高，其中包含一个关键部件——极端工况下偏滤器系统，我们已经实现了技术的掌控。目前，工程设计已经验收。

我们同时也面临着巨大的国际竞争和挑战。美国提出2035年至2040年在能源部和企业试点核聚变发电站发电。英国提出2040年实现核聚变能源商业化。中国也有自己的路线，我们参与了国际热核聚变实验堆（ITER）计划，也有“十三五”大科学装置，希望未来能真正实现聚变的应用。

新京报：国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大工程安装启动仪式去年7月启动，中国在ITER计划中发挥了怎样的作用？

宋云涛：ITER装置在法国，它的目标是实现400秒高约束等离子体稳态运行，演示聚变能和平利用的工程技术可行性。ITER不会发电，但是它将解决关键的科学和技术问题。

1985年，国际热核聚变实验堆（ITER）计划提出，希望通过国际合作，建造一座核聚变反应堆，为人类的核能和平利用做点贡献，当时只有日本、欧盟、前苏联和美国加入，最开始中国是“挤”不进去的。曾经日本也希望中国作为其伙伴加入这个项目，中国没有同意，中国是一个大国，有自己的定位和实力。

中国自2006年开始参与ITER计划。作为七方成员之一，中国做出了巨大的贡献，承担了ITER装置近10%的采购包。中科院合肥研究院等离子体物理研究所是中方任务的主要承担单位，自2009年以来主持了超导导体、校正场线圈、磁体馈线系统等制造任务。我们承担的任务都是最难的，每一个技术点都能够引领一个战略新兴产业，包括超导、电源、诊断等，我们的超导导体性能远超国际同行，实现100%国产化、100%一次性合格、100%准时交货。

“人造太阳”零碳排放，可为碳中和做出贡献

新京报：“人造太阳”对碳中和能起到什么样的作用？我国承诺争取在2060年前实现“碳中和”，核聚变发电会比碳中和先实现吗？

宋云涛：核聚变是氘和氚发生反应，产生惰性气体氦和能量，是零排放。聚变能是核能发展的最终目标，聚变能可以为碳中和的实现做出重大贡献。国际领域专家已经提出较为完善的未来聚变电站设计规范。我国也会在2060年前建成聚变电站并广泛应用。

新京报：聚变电站的成本如何？

宋云涛：建设聚变电站成本很高，超导磁体在其中占了约40%，超导材料目前还是非常贵的。但近10年，超导材料价格在下降，工艺和产品成熟了，价格会不断下降。聚变电站的经济性会越来越高。

另外，相较于其他电站，聚变电站对人体和生态没有影响，对资源的影响小，所以聚变电站的外部成本最低。

新京报记者 张璐

编辑 冯雅君 校对 刘越