中國智慧點(diǎn)亮“人造太陽” 預(yù)計2050年實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用

國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)俗稱“人造太陽”，作為托卡馬克超導(dǎo)裝置，它將用強(qiáng)磁場約束高溫等離子體，最終實(shí)現(xiàn)核聚變能量的穩(wěn)定可控釋放，預(yù)計在2050年前后實(shí)現(xiàn)核聚變能商業(yè)應(yīng)用，從而造福人類。

中國2003年正式開始加入談判，2007年ITER組織成立。中國作為理事會“七方”成員之一，與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同資助這一項目，承擔(dān)項目工程建設(shè)階段18個采購包的制造任務(wù)。

現(xiàn)任ITER組織總干事伯納德·比戈稱，“中國是非常非常好的合作伙伴”。歐盟聚變聯(lián)盟負(fù)責(zé)人托尼·多內(nèi)額認(rèn)為，中國已經(jīng)在很短時間內(nèi)成為核聚變科學(xué)領(lǐng)域的重要力量。獲得如此肯定和贊許的同時，中國這十一年學(xué)到了哪些寶貴經(jīng)驗(yàn)?科技日報記者近日采訪了中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心主任羅德隆，他曾是中國參加ITER計劃談判代表團(tuán)重要成員。

國際化+標(biāo)準(zhǔn)化，磨刀不誤砍柴工

ITER計劃是規(guī)模僅次于國際空間站的國際大科學(xué)工程計劃，自1985年發(fā)起動議以來，已經(jīng)持續(xù)推進(jìn)了20余年，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項目之一。

一個從無到有的國際大科學(xué)工程計劃，難度超乎想象!

在位于法國南部圣保羅-萊迪朗斯鎮(zhèn)的180公頃項目工地上，來自“七方”的工程團(tuán)隊，每天都面臨著繁雜細(xì)碎的溝通、協(xié)調(diào)、工程管理和統(tǒng)籌安排。

中方一開始并未參與實(shí)驗(yàn)堆的設(shè)計，正式加入ITER組織后最難的是，學(xué)會與國際合作伙伴在同一個話語體系和工作機(jī)制中保持平等對話、全權(quán)參與。

羅德隆帶領(lǐng)團(tuán)隊用了整整三年時間，編制和推演了一套與ITER組織機(jī)制完全契合的標(biāo)準(zhǔn)化項目管理體系。

細(xì)到什么程度呢?比如，一顆螺絲由哪里生產(chǎn)，怎么運(yùn)送到現(xiàn)場，經(jīng)由何人，在什么時間安裝，每一步都有明確的標(biāo)準(zhǔn)記錄，出現(xiàn)問題時，可以完整追溯，以確保在未來運(yùn)行實(shí)驗(yàn)堆時，有針對性地查找問題所在。

“磨刀不誤砍柴工，事實(shí)證明，此后的所有項目管理、協(xié)調(diào)工作，都在同一個話語體系和標(biāo)準(zhǔn)體系下進(jìn)行，節(jié)省了大量的溝通成本，大幅度提高了工作效率。運(yùn)行管理的國際化，為中方后來在關(guān)鍵時刻解決總體工程難題，提供了機(jī)制和時間保證。”

突破工程瓶頸，“中國造”獲點(diǎn)贊

中國承擔(dān)的18個采購包，包括了磁體支撐、校正場線圈系統(tǒng)、磁體饋線系統(tǒng)、氣體注入系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)等重要組成部分。按計劃，該項目所需的所有大型部件將于2021年到位。

總干事比戈認(rèn)為中國交付相關(guān)產(chǎn)品“按時保質(zhì)”，堪稱合作各方的榜樣。“中國造”在ITER組織內(nèi)部為何享有如此聲譽(yù)?羅德隆給記者介紹了一個有意思的例證。

在最初設(shè)計版本中，蒸汽冷凝罐被設(shè)計成一個整體，安置在整個裝置的頂部。但在推進(jìn)中，發(fā)現(xiàn)這個設(shè)計存在較大安全隱患，必須將蒸汽冷凝罐分解成4個，在地基沒建起來以前，預(yù)先埋入地下。

這一設(shè)計上的改動，將蒸汽冷凝罐的生產(chǎn)計劃和供貨時間都大大提前。按照程序，ITER組織對所有參與方公開招標(biāo)。火燒眉毛了，必須要攻克這個難關(guān)!“該出手時就出手，中方有信心攻關(guān)!”核聚變中心立刻組織國內(nèi)相關(guān)單位，提出了一整套符合實(shí)際的解決方案——從制造能力，到制造成本，再到供貨時間，都符合甚至超出ITER組織的預(yù)期，綜合考察后，中方一舉中標(biāo)。

從以前被動承擔(dān)制造部件任務(wù)的“知其然”，到重新參與優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)后的“知其所以然”，我們學(xué)習(xí)到了寶貴知識、設(shè)計理念和關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)，與ITER組織建立了雙贏的局面。

人才培養(yǎng)有序，組織管理有方

ITER裝置構(gòu)成相當(dāng)復(fù)雜，需要超前技術(shù)予以支撐。18個采購包制造任務(wù)，由國內(nèi)上百家科研院所和企業(yè)承擔(dān)。

在“ITER十年——回顧與展望”會議上，中科院院士萬元熙說：“中國的超導(dǎo)技術(shù)因ITER得到長足發(fā)展，如高功率的連續(xù)波加熱、遙控機(jī)器人維護(hù)以及材料、大型低溫系統(tǒng)、大型電源……中國在核聚變各個領(lǐng)域發(fā)展迅速，有些走到了世界前列。”

十一年前，以ITER計劃為契機(jī)，為推動國內(nèi)人才培養(yǎng)，國家四部委開展了人才培養(yǎng)計劃——4年時間培養(yǎng)1000位工程、物理和管理人才，現(xiàn)在，這批人正在擔(dān)綱中國核聚變的偉大事業(yè)。

我國先后建成并升級改造了中國環(huán)流器二號A(HL-2A)和東方超環(huán)(EAST)。前者2009年在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)高約束模式運(yùn)行;后者2017年首次實(shí)現(xiàn)5000萬度等離子體持續(xù)放電101.2秒的高約束運(yùn)行，創(chuàng)造世界記錄，2018年再次創(chuàng)下了1億度等離子體運(yùn)行的記錄。

這些實(shí)驗(yàn)成果，為未來ITER運(yùn)行及“中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR”的工程和物理設(shè)計提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與科學(xué)支持。

與中國核聚變技術(shù)能力同步提升的，還有大科學(xué)工程項目計劃的管理水平大跨步前進(jìn)。

十一年來，ITER組織中方職員數(shù)量持續(xù)上升，目前比例已經(jīng)超過9%，僅次于歐盟。

羅德隆認(rèn)為，借助參與ITER項目，中國培養(yǎng)了一大批懂得國際規(guī)則的科學(xué)項目工程管理人才，為未來中方牽頭國際大科學(xué)工程計劃奠定了人才基礎(chǔ)。“目前，我們還應(yīng)培養(yǎng)和輸送更多高層次管理人才到國際組織中去，以期在科技外交和開展國際合作中，掌握更多話語權(quán)，發(fā)揮更大的影響力。”

倒逼企業(yè)創(chuàng)新，尖端工業(yè)品走出國門

總干事比戈說，ITER對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和鼓勵創(chuàng)新具有十分重要的意義。通過工業(yè)投資，企業(yè)得以根據(jù)項目需求，大量生產(chǎn)一些原本需求量很小的材料，并學(xué)會如何制造承建的組件，從而推動生活和生產(chǎn)多個領(lǐng)域的發(fā)展。

羅德隆對此十分認(rèn)同。一個發(fā)生在中國的案例，可以完美解釋這一論斷。

ITER裝置需要一種超導(dǎo)股線，在0.8毫米直徑內(nèi)，需要拉出上萬根細(xì)絲，這些細(xì)絲外面，還有多層不同材料的包層。關(guān)鍵是，這樣精細(xì)的超導(dǎo)線圈，所需最短長度就要1公里。

為此，負(fù)責(zé)研發(fā)這個關(guān)鍵線材的西北有色金屬研究院專門成立了一個公司，攻克關(guān)鍵技術(shù)。

“核心技術(shù)等不來、要不來、討不來!怎么辦?進(jìn)口一批最先進(jìn)的線材，就放在我這，告訴西北有色金屬研究院，如果研制不出來，就用人家的做認(rèn)證!”羅德隆說，激將法讓研發(fā)團(tuán)隊感到了巨大壓力，愣是在有限的10個月內(nèi)，突破了卡脖子環(huán)節(jié)，拉出來的絲不僅長度足夠，且性能更優(yōu)異。

中國借ITER項目，填補(bǔ)了一項技術(shù)空白，該核心技術(shù)的完全自主知識產(chǎn)權(quán)牢牢在握!這種超導(dǎo)線材，后來不僅實(shí)際應(yīng)用到了ITER裝置上，還用在了核磁共振設(shè)備等民用產(chǎn)品上，銷往全世界，已經(jīng)是世界公認(rèn)的頂尖超導(dǎo)線材。

“推動企業(yè)開展尖端技術(shù)創(chuàng)新，參與國際平臺的激烈競爭，直到在民用產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域占領(lǐng)制高點(diǎn)，這是我們加入ITER大科學(xué)工程的深遠(yuǎn)意義。”羅德隆感慨道。