中国核聚变电站已开始工程设计！有望10年内建成？

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中国核聚变电站已开始工程设计！有望10年内建成？

更新时间： 2021/9/28 来源：民用核技术产业网

2021中关村论坛平行活动之一的“碳达峰碳中和科技论坛”上，9 月26日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。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年内建成聚变核电站示范工程！

网上有不少质疑声，认为中国十年内建成核聚变电站是搞科技大跃进、是吹牛、是要科技经费、是忽悠……为让大家更好理解“中国核聚变”，以下红色字体内容为本网站编辑，蓝色字体内容为新京报记者编辑。

1、核聚变发电技术，为什么牛？
受控核聚变被喻为人类能源的圣杯，因为其核燃料氘储量巨大（地球上的储量达42万亿吨），因此，足矣支撑人类文明数十亿年，而有记录的人类文明不到一万年，所以核聚变发电技术几乎就是无限能源。未来如果实现可控核聚变发电，人类已经不需要为能源而担心，那么各国之间的军事冲突和战争也会成倍减少，地球文明也会真正进入2.0时代。对于整个人类世界将是比工业革命更能推动社会进步的又一次科技革命。所以核聚变发电站也许将是未来中国引领世界的真正星辰大海！

2、核聚变发电，与现有核电站有什么区别？
能源是驱动万物运行的根本动力，现今人类使用的能源主要有化石能源（煤、石油、天然气）、风能、水能、太阳能和核能（核裂变发电）。但这些能源都存在诸多缺陷，如面临资源枯竭、环境污染、危害健康、受限于气候或地理条件等，因而不能全面和充分满足人类需求。
现有核电站是利用核裂变发电，裂变反应产生的能量相对于聚变反应产生的能量相比，要低几个量级。聚变几乎没有核废料，裂变有核废料。

3、核聚变发电，为什么是理想的终极能源？
核聚变产生的能源，既可以充分满足人类需求，又没有污染环境和危害人类或生物的弊端。据测算，1升海水中含有的氘，核聚变反应后即可产生300升汽油燃烧的能量，生成物也没有危害。因此，核聚变能源被认为是理想的终极能源。
不仅如此，核聚变的产物为氦和中子，不排放有害气体，也不危害生命和健康，有助于让生态和环境保持良好状态，减少地球上的温室效应、酸雨、雾霾。而且，由于原料从海水中就能获得，核聚变能源的获得成本将极为低廉。

4、中国核聚变研究目前处于什么样的水平？
自上世纪50年代，苏美英等少数几个核大国便开始了秘密研究，但因实现难度超出预想，随之被公开，然后成为国际合作科研项目（ITER计划）。中国的受控核聚变研究始于60年代初，目前基本与国际社会是同步，处于第一阵营并跑领先。
虽然早期中国的聚变工程相对滞后，但随着综合国力的提升，在受控核聚变领域的建设和研究迅速追上了发达国家。进入新的历史时期，国际格局正发生着深刻变化，中国在基础物理研究、重大科技工程、大科学装置建设等方面，必将从跟跑逐步变为并跑直至领跑！

中国核聚变分三步走：即“聚变能技术—聚变能工程—聚变能商用”：

上世纪80年代在四川省乐山市开始建中国环流器一号（HL-1）这是中国核聚变领域的第一座大科学装置，是中国核聚变研究的“摇篮”；

1995年中国第一个超导托卡马克HT-7在合肥建成；

2002年第一个带偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号A（HL-2A）建成；

2006年世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环（EAST）首次等离子体放电成功；

2017年EAST实现101秒高约束等离子体运行；

2018年EAST实现等离子体中心电子动力学温度1亿度；

2019年中国聚变工程实验堆（CFETR）落地合肥、并开始研究设施的建设；

CFETR计划分三步走，完成“中国聚变梦”：
第一阶段：2021年CFETR开始立项建设；
第二阶段：到2035年，计划建成聚变工程实验堆，开始大规模科学实验；
第三阶段：到2050年，聚变工程实验堆实验成功、建设聚变商业示范堆，完成人类终极能源。

以下蓝色字体内容为新京报记者编辑：

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。

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。

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。

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。

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。

“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。

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，随着工艺和产品成熟了，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。