2018年4月19-20日，由新奧能源研究院，中國物理學(xué)會等離子體物理分會和中國核學(xué)會核聚變與等離子體物理學(xué)會聯(lián)合舉辦的緊湊型聚變技術(shù)國際研討會將在河北廊坊舉行。聚變再次成為業(yè)界熱議的話題。
國家十三五科技創(chuàng)新規(guī)劃提出，提升我國核聚變能源研發(fā)能力，帶動更多國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)參與國際研發(fā)，樹立我國參與國際大科學(xué)工程項目管理的典范。在此背景下，開展聚變領(lǐng)域的國際技術(shù)交流與研討，不僅恰逢其時，而且意義重大。
為了使大家更好的了解核聚變，小編對有關(guān)聚變的知識及發(fā)展概況做了一下梳理，在這里給大家科普一下。
1. 能源演進(jìn)：清潔化
能源，是一種呈多種形式的，且可以相互轉(zhuǎn)換的能量的源泉。它為人類的生產(chǎn)和生活提供各種能力和動力的物質(zhì)資源，是人類賴以生存的基礎(chǔ)。對于國家來說，能源是國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，未來國家命運(yùn)取決于能源的掌控。
現(xiàn)有我們?nèi)粘＝?jīng)常見到和使用的能源，主要包括煤、石油、天然氣。它們都屬于不可再生的燃料型能源，從長遠(yuǎn)考慮，面臨著資源枯竭、污染嚴(yán)重的雙重隱患。為了可持續(xù)發(fā)展，必須尋找新的能長期足夠供應(yīng)又不會造成環(huán)境污染的清潔能源。
清潔能源種類很多，比如，風(fēng)、光、沼、水，等等，但被科學(xué)界普遍看好的是核能。
2. 為什么選擇聚變
一般意義上，我們可以通過三種途徑來獲得核能。
其一是由核裂變獲得能量，較重的原子核分裂釋放結(jié)合能。
其二是由核聚變獲得能量，較輕的原子核聚合釋放結(jié)合能。
其三是由核衰變獲得能量，原子核衰變過程中釋放能量。
聚變反應(yīng)過程與裂變相反，單位質(zhì)量燃料釋放出的能量比裂變更大。比原子彈威力更大的核武器—氫彈，就是基于聚變反應(yīng)。太陽的光和熱也是由聚變產(chǎn)生的。
聚變利用的燃料是氘和氚。海水中存在大量的氘，按目前人類能源消耗水平，可用幾百億年。氚可由鋰制造，地球上鋰的儲量有兩千多億噸。因此，聚變能是一種取之不盡的新能源。
重要的是，這種新能源產(chǎn)能效率高。單位質(zhì)量氘氚聚變?nèi)剂厢尫拍芰勘然剂细邘装偃f倍，可為人類提供長時間能源供應(yīng)。并且反應(yīng)過程更清潔環(huán)保，不釋放造成溫室效應(yīng)的氣體，也不會產(chǎn)生大量高放射性核廢料。遇到自然災(zāi)害、潛在危險、人為失誤時，可迅速停堆，避免嚴(yán)重事故發(fā)生。
聚變能源的開發(fā)，會使人類擺脫能源危機(jī)的困擾，“一勞永逸”地解決人類的能源需要。
2. 小型可控才好用
聚變所產(chǎn)生的能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制聚變的速度和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出。然而，對聚變進(jìn)行可控制化管理并不是一件容易的事情。
實(shí)現(xiàn)可控聚變必須滿足三個條件：燃料達(dá)到極高的溫度、足夠的燃料密度和足夠的約束時間。
如何盛裝上億度的高溫燃料，是遇到的最主要的難題。必須采用特殊方式來約束聚變?nèi)剂稀？茖W(xué)家們想到了利用磁場構(gòu)造一個盛裝的容器，這就產(chǎn)生了托卡馬克這類磁約束聚變裝置。
實(shí)現(xiàn)聚變已有不少方法。最早的著名方法便是"托卡馬克"型磁場約束法。
托卡馬克又稱環(huán)流器，是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。它的名字Tokamak 來源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。由前蘇聯(lián)科學(xué)家率先提出磁約束概念并建成全球首個裝置。托卡馬克目前實(shí)現(xiàn)了輸出能量等于輸入能量，但要達(dá)到商業(yè)發(fā)電還有很長的距離要走。建立商業(yè)發(fā)電可行的相關(guān)裝置，至少需要幾百億美元。
另一種實(shí)現(xiàn)聚變的方法是慣性約束法。所需的激光束或粒子束驅(qū)動器，有非?？量痰臈l件要求，目前的工程能力難以達(dá)到，并且還有很多難以解決的物理問題。
磁約束托卡馬克裝置和慣性約束激光聚變裝置都屬于大型裝置，投資巨大，周期漫長，離真正商用還需較長時間。
近年來，許多科學(xué)家開始采用其他聚變方式建造小型聚變裝置。小型聚變裝置具有成本低、制造周期短、安全系數(shù)高、選址靈活等優(yōu)點(diǎn)，是符合未來發(fā)展的技術(shù)探索方向。盡管實(shí)現(xiàn)小型可控聚變?nèi)杂新L艱難的路程需要大家征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國科學(xué)家在奮力攀登。
4. “人造太陽”
“人造太陽”計劃是“國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆計劃”的俗稱。由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應(yīng)，所以被稱為“人造太陽”。實(shí)際上，一旦這種技術(shù)成熟，建立了電站，也就相當(dāng)于建立了一個“人造太陽”。
最初的聚變研究都是作為各國的最高機(jī)密，由各國各自進(jìn)行。但是其研究難度和投入的人力物力是任何一個國家也無法承擔(dān)的。最終由美俄兩國發(fā)起，中、日、韓、印、歐盟七方共同參與的國際熱核聚變實(shí)驗反應(yīng)堆于2006年成立。
中國當(dāng)前最先進(jìn)的托卡馬克裝置“東方超環(huán)”(簡稱“EAST”)，由中科院等離子體物理研究所提出并建成。是全球首個高約束放電能力超過100秒的托卡馬克裝置，它也是全球首個投入運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克聚變實(shí)驗裝置，達(dá)到國際先進(jìn)水平，是目前國際上最重要的穩(wěn)態(tài)偏濾器托卡馬克物理實(shí)驗基地之一。中國正在提出的“中國聚變工程測試堆(CFETR)”項目是與“國際熱核聚變堆(ITER)”同一量級但互補(bǔ)的另一個大科學(xué)項目，一旦完成立項和建設(shè)，將使得中國的聚變研究無可置疑的成為全球聚變研究的引領(lǐng)者。
5. 聚變新能量
新奧集團(tuán)是中國首個開展聚變研究的民營企業(yè)。
作為新奧集團(tuán)的技術(shù)創(chuàng)新引擎，新奧能源研究院，是本次研討會主辦單位之一，也是一個開放化、國際化的前瞻能源技術(shù)創(chuàng)新平臺。擁有國家重點(diǎn)實(shí)驗室、海外高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地、國際科技合作基地、院士工作站、博士后科研工作站。依托多名千人計劃與博士專家領(lǐng)導(dǎo)的700余人的核心科研團(tuán)隊開展工作，有30余項課題(項目)列入國家973/863計劃、國際科技合作項目，產(chǎn)生發(fā)明專利成果1600余項。
該院致力于從低碳能源到無碳能源的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。重點(diǎn)布局小型聚變、深層地?zé)?、?guī)?；统杀緝δ堋⒍S新材料等新技術(shù)。目前正在面向全球重金引進(jìn)相關(guān)專業(yè)的高層次科技人才，全力打造一支高起點(diǎn)、結(jié)構(gòu)化的無碳能源創(chuàng)新團(tuán)隊。
據(jù)悉，新奧將對所有現(xiàn)有聚變路線進(jìn)行綜合考察，篩選和提出可行性較大的方案。目前新奧重點(diǎn)探索磁慣性約束聚變方向，它結(jié)合了慣性約束聚變的壓縮加熱和磁約束聚變的使用磁場減少熱傳導(dǎo)，具有成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)率高等優(yōu)勢，是一種較有可能實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電設(shè)備小型化的技術(shù)路線。預(yù)期在未來一二十年，將建成國際先進(jìn)水平的小型聚變研究實(shí)驗堆，并開展商業(yè)技術(shù)推廣探索，引領(lǐng)能源從低碳向無碳化轉(zhuǎn)變。
6. 突破需要開放集智
2018年4月19日至20日，全球聚變技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒂瓉硪粓鍪?/p>
由新奧能源研究院，中國物理學(xué)會等離子體物理分會和中國核學(xué)會核聚變與等離子體物理學(xué)會聯(lián)合舉辦的緊湊型聚變技術(shù)研討會將在新奧總部所在地——河北廊坊舉行。
來自國內(nèi)外的近百位聚變研發(fā)技術(shù)專家將相聚一堂，共同切磋、探討聚變技術(shù)路線，聚焦緊湊型聚變裝置，展望行業(yè)未來。其中包括：中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心主任羅德隆，國家磁約束核聚變專家委員會成員、中國物理學(xué)會等離子體物理分會主任王曉鋼教授，中國聚變領(lǐng)域資深專家和學(xué)科帶頭人馮開明教授，中科院等離子體物理研究所、核西南物理研究所等國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)的專家，清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西南交通大學(xué)等國內(nèi)知名高校的專家學(xué)者，以及來自美國、韓國、日本等國家聚變科研院所的專家學(xué)者。
研討會秉持科學(xué)、開放、包容的宗旨，不僅將歷史上的聚變理論、聚變裝置進(jìn)行全面的梳理和回顧，探討新的聚變技術(shù)設(shè)計思路，還將重點(diǎn)圍繞緊湊型可控裝置的設(shè)計與挑戰(zhàn)開展討論。研討會設(shè)有20多個邀請報告，還有兩個圓桌會議，鼓勵行業(yè)專家們提出大膽設(shè)想和建議。為了鼓勵國內(nèi)外更多青年英才博士參與進(jìn)來，新奧甚至打算開展一個關(guān)于小型聚變技術(shù)的大賽有獎?wù)骷顒?，就現(xiàn)有聚變技術(shù)中存在的問題給出解決方案、提出新的創(chuàng)新性顛覆性的創(chuàng)意。
相信，在全球?qū)＜覍W(xué)者的智慧碰撞和共同推動下，聚變技術(shù)將綻放更多新思路、新能量。
7. 引領(lǐng)能源變革
可以預(yù)見的未來，以聚變主導(dǎo)的無碳能源將成為主要能源。
小型聚變將在許多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)能源。傳統(tǒng)的化學(xué)能火箭不適合進(jìn)行星際旅行，聚變火箭將提供更快的速度和強(qiáng)大的能量源，也可以解決登陸其他行星時所遇到的能源問題，將大大縮短深空飛行的時間，為人類充分探索和利用太陽系開辟道路。
科學(xué)家們估計，到2025年以后，聚變發(fā)電廠有可能投入商業(yè)運(yùn)營。2050年前后，聚變發(fā)電將廣泛造福人類。
厲害了，小型聚變!讓我們拭目以待。