2017年，隨著阿斯塔納世博會(huì)中國館的開館，以“中國聚變能源開發(fā)與‘熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃’”為核心的展項(xiàng)，引得*參觀者一陣“點(diǎn)贊”。事實(shí)上，從2006年中國政府、歐盟、美國、俄羅斯等7方共同簽署協(xié)定參與ITER研究工作以來，中國的聚變科學(xué)家就從未停止向世界講述中國核聚變能源的故事。
2016年12月12日，由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主研發(fā)制造的熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃的核心部件——超熱負(fù)荷屏蔽包層*壁原型件通過機(jī)構(gòu)認(rèn)證。十年積淀，中國科學(xué)家用這一技術(shù)領(lǐng)域的突破，推動(dòng)人類“人造太陽”的逐夢之旅又向前邁進(jìn)了一步。
競技：迎難而上
“核聚變是人類解決能源問題的方案之一”這一觀念早已是共識(shí)。ITER計(jì)劃集成了當(dāng)今受控磁約束核聚變研究的主要科學(xué)和技術(shù)成果，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)核聚變*的一步。2004年前后，中國啟動(dòng)加入ITER計(jì)劃的協(xié)商，希望通過ITER計(jì)劃提升我國合作的層次，提高大型科學(xué)工程項(xiàng)目的建設(shè)、管理、運(yùn)行和維修經(jīng)驗(yàn)，并為今后聚變事業(yè)的發(fā)展打下人才基礎(chǔ)。
協(xié)議簽署之后，中國承擔(dān)了 ITER 裝置 10%的制造任務(wù)。核工業(yè)西南物理研究院承擔(dān)其中大部分的涉核項(xiàng)目，包括zui重要的一項(xiàng)——屏蔽包層*壁的設(shè)計(jì)與制造任務(wù)。*，核聚變產(chǎn)生能量的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的機(jī)理相似，因此也有了“人造太陽”的美名。核聚變要求創(chuàng)造上億度的高溫環(huán)境，而要構(gòu)建起“人造太陽”的核心，就需要用特殊的材料筑起一道“防火墻”，來抵御裝置內(nèi)部上億度的高溫環(huán)境。核西物院承擔(dān)的這項(xiàng)任務(wù)，處于反應(yīng)堆zui核心位置，直接面對(duì)高溫聚變物質(zhì)，因而被稱為反應(yīng)堆的“*壁”。無疑，這是ITER交給中方的一項(xiàng)高難度作業(yè)。
根據(jù) ITER 計(jì)劃的設(shè)計(jì)方案要求，*壁要承受每平米4.7兆瓦的熱量，這幾乎可以瞬間將一公斤的鋼鐵融化。“在研發(fā)之初，根本沒有任何一種材料可以承受住這樣的超高溫。我們需要研發(fā)一種的復(fù)合材料。”從接到任務(wù)開始，核西物院*壁研究負(fù)責(zé)人諶繼明就知道，他和他的團(tuán)隊(duì)需要從無到有地走出一條路。而除了材料研發(fā)，在質(zhì)量檢測方面，他們必須通過機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，這就意味著研發(fā)過程的每一步都必須建立起與相接軌的標(biāo)準(zhǔn)。
困難重重，壓力巨大。但參與項(xiàng)目，其背后的意義不言而喻。“世界上有很多國家在研究這種材料，如果我們不盡快研發(fā)出來，就沒有辦法與 ITER 簽署采購協(xié)議。
更有可能，我們會(huì)在上失去這個(gè)領(lǐng)域的話語權(quán)。這與中國加入ITER 計(jì)劃的目標(biāo)背道而馳。”毫無疑問，在這場世界舞臺(tái)的競技比賽中，諶繼明和他團(tuán)隊(duì)必須迎難而上。
技術(shù)攻關(guān)：創(chuàng)下“中國速度”
*壁的研發(fā)每一步都是難關(guān)，但明知山有虎，偏向虎山行。核西物院*壁研發(fā)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持創(chuàng)新、一路攻堅(jiān)，zui終勇闖難關(guān)，創(chuàng)下競技中的“中國速度”。
諶繼明告訴記者，他們所制造的*壁由三種材料復(fù)合組成，分別是鈹、銅和不銹鋼。如果你認(rèn)為只是把這三種材料簡單壓制在一起，就能夠制成新的抗輻射、耐高溫的材料，那就太想當(dāng)然了。
如何突破鈹銅材料的連接技術(shù)?這是*壁團(tuán)隊(duì)首先要突破的難題。剛開始國內(nèi)外都沒有可參考的經(jīng)驗(yàn)，樣品試制全部失敗了。團(tuán)隊(duì)沒有因此而氣餒，他們將可能的影響因素列出，一個(gè)個(gè)排查原因：假設(shè)過問題出在鈹材，于是千山萬水去*尋找合適的鈹材;假設(shè)過問題出在材料結(jié)構(gòu)，于是抽真空、加壓力;假設(shè)過問題出在包套強(qiáng)度，于是反復(fù)試驗(yàn)……試驗(yàn)、失敗、討論、研究新工藝，兩百多個(gè)日夜，連續(xù) 40 多輪實(shí)驗(yàn)，這群人連軸轉(zhuǎn)，誰都沒有怨言。狹路相逢勇者勝，zui終團(tuán)隊(duì)在不斷試驗(yàn)中找到了解決問題的方法，鈹銅連接的成功率一下提高到90%以上!
本以為兩百多天的持續(xù)奮斗可以迎來全勝，但又一個(gè)“攔路虎”擺在了眼前：ITER 要求焊縫全焊透，同時(shí)背面無飛濺。對(duì)激光焊接而言，這兩個(gè)要求是相悖的。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)外同行曾斷定這根本不可能實(shí)現(xiàn)，甚至提出修改技術(shù)要求。
“變不可能為可能”，團(tuán)隊(duì)成員又有了新目標(biāo)。他們顧不上休息，又投入到新一輪技術(shù)攻關(guān)中。在大量的工藝試驗(yàn)和不斷總結(jié)規(guī)律之后，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了一種防飛濺吹氣焊方法，成功滿足了 ITER 的要求，也順利保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
一路披荊斬棘，中國的*壁研發(fā)通過論證，出產(chǎn)品、出成果、出人才。如今，走進(jìn)核西物院實(shí)驗(yàn)車間，擺在眼前的不僅僅是一個(gè)個(gè)閃耀著金屬光澤的成品，還有一支整體專業(yè)水平和創(chuàng)新能力大大提高的團(tuán)隊(duì)。而這一成功也在國內(nèi)外產(chǎn)生了巨大的反響。央視《新聞聯(lián)播》給予連續(xù)報(bào)道;俄羅斯同行在得知中國已解決此問題后，表達(dá)了高度的關(guān)注和欽佩，并數(shù)次邀請(qǐng)中國團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)幫助;日本、歐盟等國家組織也先后與團(tuán)隊(duì)，想到中國的實(shí)驗(yàn)室參觀、學(xué)習(xí)。除此之外，技術(shù)攻關(guān)所形成的成果也將提升目前國內(nèi)激光焊所能達(dá)到的zui大能力，并為其它的大型加工生產(chǎn)任務(wù)服務(wù)。
十年磨一劍，一招試鋒芒。在中國加入ITER計(jì)劃的第十年，核西物院用這份優(yōu)異的成績單，展示了中國在世界聚變舞臺(tái)上日益崛起的力量。據(jù)了解，除了*壁部件通過ITER組織的認(rèn)證，核西物院負(fù)責(zé)的中子屏蔽包層模塊全尺寸原型件也通過了驗(yàn)證。此外，在設(shè)計(jì)、特殊材料研制、材料連接技術(shù)、關(guān)鍵部件制造技術(shù)和試驗(yàn)檢測技術(shù)等方面，核西物院也取得了多項(xiàng)突破，為ITER裝置的建造提供了保證，也為中國自主設(shè)計(jì)建造聚變堆奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在人類向“*能源”前進(jìn)的道路上，從“跟隨”到 “*”，這群聚變科學(xué)家還在不斷探索，為推動(dòng)人類聚變研究不斷實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展努力。
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