聚變能被視為解決人類能源問題的終極能源,聚變能的成功開發將推動能源生產革命,助力實現碳達峰、碳中和目標。可控核聚變作為人類歷史上最具挑戰的大科學工程之一,具有基礎性、戰略性、前瞻性和顛覆性的特點,一旦取得突破,會涌現出一批原始創新技術,形成先發優勢。因而,受控核聚變的強大魅力一直吸引著核大國奮力攀登,我國將開發核聚變能作為一項戰略性國家任務。
新一代“人造太陽”中國環流器二號M(HL-2M)裝置研制團隊作為中核集團核工業西南物理研究院聚變研究的“尖刀隊”,始終堅持面向世界科技前沿、面向國家重大需求,通過新一代中國環流器系列裝置的建設,再次將中國的“人造太陽”名片與四川的另一張名片“太陽神鳥”交相呼應。2020年,中國環流器二號M裝置(下文簡稱HL-2M)在成都建成并放電,標志著中國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造、運行技術,為我國核聚變堆的自主設計與建造打下了堅實基礎。這一成果入選《人民日報》2020年中國硬核黑科技盤點、兩院院士評選的“2020年中國十大科技進展新聞”及“央企十大國之重器”。
創新突破億度空間 精心鑄就環流重器
建設運行中國環流器系列裝置,是我國核能發展熱堆-快堆-聚變堆“三步走”戰略中開發核聚變能的重要舉措。近幾年,HL-2M裝置研制團隊持續落實創新驅動戰略,始終堅持科技自立自強。通過自主創新,最終打造出了具備開展堆芯級等離子體物理實驗能力的技術平臺,實現了HL-2M裝置完全由我國自主設計建造,為下一步我國自主設計、建造聚變堆奠定技術基礎。
HL-2M裝置是我國目前規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置,其采用了先進的結構與控制方式,其等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上,等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上,等離子體離子溫度可達到1.5億度,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行。HL-2M裝置作為我國最新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置,是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置,也是我國消化吸收世界最大國際合作項目之一國際熱核聚變實驗堆(ITER)技術不可或缺的重要平臺。
全力破解“卡脖子”難題 責任引領產業技術升級
為確保裝置的性能滿足在堆芯級等離子體參數條件下開展物理實驗研究,HL-2M裝置工程技術難度及工藝復雜性大幅增加,不斷挑戰國內相關工程技術水平極限,關鍵技術攻堅與“卡脖子”難題破解成為了研制團隊必須解決的問題。
經過高強度攻關,團隊在裝置特殊材料研制、關鍵部件研發、總裝集成等方面取得了多項突破。團隊研發出國內首創特殊材料,制造出我國首臺D形截面特材雙層雙曲率薄壁件全焊接環狀超高真空容器;打破被美國禁售的“卡脖子”技術壁壘和封鎖,制造出國內無生產先例的大尺寸高強度膨脹螺栓,生產成本降低近90%;研制出國內首臺完全自主知識產權的大型立軸脈沖發電機組,其發電量可負擔一座百萬級人口城市的基本用電量,部分指標已“領跑”國際;全面系統掌握了大型托卡馬克裝置總裝集成技術,實現了磁體線圈中心柱、真空室等大型核心部件的精準定位和精密安裝。
堅持協同創新,帶動了產業技術升級,提升了我國制造水平和工程技術能力。團隊掌握的特種材料、關鍵設備、極端條件精密制造等關鍵技術,已形成“同步輻射”效應,在航空、航天、電子等前沿領域實現創新應用。通過與國內企業廣泛的協同創新,尤其是與東方電氣集團東方電機有限公司、四川省工業設備安裝公司等省內公司合力攻關,極大提升了企業復雜產品的研發能力和裝備制造水平,鍛煉了一批有工匠精神的專業人員。
深化國際合作,支撐國際大科學計劃,提升我國牽頭國際大科學工程的能力。2020年7月28日,國家主席習近平主席致信祝賀ITER計劃重大工程安裝啟動。就在前一年9月,核西物院參與的中法聯合體中標ITER主機安裝一號合同,這是中國企業有史以來在歐洲中標的最大核能工程項目。參與ITER十年,中國的聚變研究也已經從技術“跟跑”、“并跑”達到了部分“領跑”,HL-2M作為消化、吸收ITER技術的重要平臺,鍛煉了一批具有參與大科學工程能力的人才,極大提升了我國參與及牽頭國際大科學工程的能力。
著力鍛造一流團隊 多點斬獲亮眼成績
團隊現有成員76人,面對“國之大器”建設任務,這個團隊,不可謂不“小”,但這是一支業務精湛、充滿創造力的一流團隊,其35歲以下青年占比64%,碩士研究生及以上學歷成員占比93%。這支平均年齡33歲的團隊申報、獲批、授權專利共58項,申請、立項、發布行業標準12項,以團隊為核心的聚變所獲國務院國資委和人力資源社會保障部聯合頒發的“中央企業先進集體”。團隊技術多次獲得國防科學技術進步獎、中核集團公司科學技術獎。團隊成員先后榮獲中國青年博士最高榮譽“蔡詩東等離子體物理獎”、表彰在核物理研究領域做出重要貢獻的“胡濟民教育科學獎”、亞太等離子體物理“杰出青年科學家”獎、國家海外高層次人才引進計劃青年項目、中核集團科技工作者最高獎項“錢三強”科技獎、“中核集團十大杰出青年”,以及“成都工匠”等重量級獎項。
中國環流器二號M(HL-2M)裝置研制團隊瞄準世界科技前沿,抓住大趨勢,以“強核報國,創新奉獻”的精神,以“功成不必在我,功成必定有我”的責任擔當,甘坐冷板凳,勇做挖井人,自主建成了中國新一代“人造太陽”裝置,推動我國聚變前瞻性基礎研究進步,取得了一系列引領性原創成果,為我國早日率先實現核聚變能和平開發利用貢獻了重要力量。