《中国能源报》记者近日近距离参观了我国三代“人造太阳”装置——中国环流一号、二号、三号，切身感受到了近年来我国核工业科技的飞速发展，并了解到核能三步走战略对于保障我国能源安全的重要意义。
“核聚变反应的主要原料是氘和氚，而氘在海水中的含量非常丰富。若从一升海水中提取出氘，在‘人造太阳’装置内完全燃烧，就能产生出相当于三百升石油的能量。我们都知道，地球表面的70%被海水覆盖，所以核聚变的原料就相当于是取之不尽的。”这是2018年《中国能源报》记者在某次北京科技活动周ITER（国际热核聚变实验堆计划）项目展区所听到的信息。那时，作为刚入行的“小白”，《中国能源报》记者第一次了解到“人造太阳“，也在心中种下了一颗关于“核聚变”种子。
在我国第一颗原子弹成功爆炸六十周年之际，《中国能源报》记者近日跟随“大国底气从核来·重走核工业之路”媒体行活动近距离参观了我国三代“人造太阳”装置——中国环流一号、二号、三号，切身感受到了近年来我国核工业科技的飞速发展，并了解到“快堆—热堆—聚变堆”的核能三步走战略对于保障我国能源安全的重要意义。
从“一堆一器”到“多堆多器”多元应用
北京市西南，位于房山区的中国原子能科学研究院（以下简称“原子能院”）林木葱郁、幽静雅致，我国原子能“一堆一器”旧址坐落于此。自1950年起，我国的核工业先驱者们就在这里开展最神秘、最复杂的核能研究工作。
这里依然保留着上世纪建造的厂房，一栋红色俄式楼房前，我国第一台回旋加速器似一位沉稳老者安静卧立。“反应堆和加速器是开展原子能科学研究的基础核设施，其在我国的国防工业、基础核物理及核医学领域都有十分重要的应用。”中国原子能科学研究院核技术应用研究所高级工程师侯世刚讲解到。
《中国能源报》记者在原子能院了解到，建国初期，我国就认识到发展核工业的必要性。为应对和打破当时他国对我国的核讹诈与核威胁，“建造第一座重水反应堆、第一台回旋加速器”被写入了我国第一个核科学发展五年计划。“当时的中国百废待兴，工业条件、经济状况、科研实力均比较落后，美西方对我国在经济方面封锁，政治方面歧视。1955年初，我国决定从苏联引进一座7000千瓦的重水型实验性反应堆和一台直径1.2米的回旋加速器。1956年5月26日，‘一堆一器’及科研基地开始正式兴建。”侯世刚进一步讲述。
经过异常艰辛的攻关过程，1958年1月，我国第一座重水反应堆进行实验运转；同年6月，重水反应堆首次达到临界、回旋加速器首次提供质子束；同年7月1日，我国第一座重水反应堆正式建成。1958年9月，我国“一堆一器”移交生产，标志着我国正式跨入原子能时代。
“一堆一器”建成后，中国原子能科学研究院围绕堆、器开展了大量卓有成效的科研生产工作。侯世刚指出，近70年来，原子能院推进科技创新，开展一系列研发工作，为“两弹一艇”技术攻关作出历史性贡献，也为我国反应堆、加速器技术的发展打下了坚实的基础。
“如1995年的30MeV回旋加速器—P-30MeV，使得我国加速器技术在放射性同位素药物生产得到广泛应用；2014年的100MeV回旋加速器—P-100MeV，是我国首个直接模拟宇宙射线的紧凑型回旋加速器，作为当时国际束流功率最高的回旋加速器，实现了我国加速器技术跨越式发展。”中国原子能科学研究院副研究员管锋平向媒体记者们介绍。
核能“三步走” 稳步并行发展
2011年7月21日上午10时，在原子能院主控室操作员的操作下，我国首座快堆将电力源源不断地输送至电网，成功并网发电。这一国家“863”计划能源领域重大项目的成功实现，标志着我国的快堆技术取得了重大突破，也对促进我国先进核能技术研发、带动核燃料循环系统产业发展等具有重大支撑作用。
据了解，我国1983年在“核能发展技术政策论证会”上首次提出“热堆-快堆-聚变堆”核能“三步走”的发展总战略，其核心内容是解决我国核能可持续发展、核燃料长期安全有效供应的问题。
“‘热堆—快堆—聚变堆’的核能‘三步走’战略，对于保障我国的能源安全有着重要意义，是符合我国国情的核能发展战略，也是能够引领世界核能发展的技术方向。”中核集团战略规划部副主任施庆瑜指出。
多年来，热堆、快堆、聚变堆之间优势互补、紧密衔接，支撑起我国核能产业快步自主发展的格局。
“热堆是最成熟并具有显著经济性的核能技术，是近中期核电建设的主力堆型百年尺度能源；快堆是富有潜力的核能技术，是中远期建设的主力堆型千年尺度能源；聚变堆作为颠覆性核能技术，则是远期建设的主力堆型万年尺度能源。”《中国能源报》记者此前从业内专家处了解到，从工程化看，我国热堆已实现了规模化、批量化、国产化发展，形成的研发体系、工程体系、装备体系、人才队伍等为快堆、聚变堆的研发设计与建设奠定了良好基础。
据施庆瑜介绍，当前，热堆在核能发电中的占比达90%以上，近期内仍将是我国核电发展的主力堆型，将在支撑我国“双碳”目标实现、优化能源电力结构、建设新型能源体系中发挥重要作用；快堆技术也通过分阶段推进，掌握了原理性技术、建成了试验装置、培养了技术人才、拓展了研究平台，核心技术取得重要突破。“自参加ITER计划以来，我国的核聚变相关科研实力也得到了极大提升，核聚变技术已从跟跑到并跑，部分技术还达到了国际领先水平，建成了以新一代人造太阳‘中国环流三号’为代表的聚变装置。”
持续探索能源问题终极解决方案
成都聚变研究基地，超过2500平方米的固定展教场地内，中国环流二号和中国环流三号两座装置并排而置。100公里外，位于成都理工大学工程技术学院的中国核聚变博物馆内，放置着已于2013年正式退役的中国第一代“人造太阳”装置——中国环流一号。
“可控核聚变是前沿的颠覆性技术，具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势。是目前认识到的, 可最终解决全球能源和环境问题、推动人类社会可持续发展的最重要途径之一。”西物院副院长刘仲华强调。
我国核聚变研究主要以实现受控热核聚变能为主要目标。自上世纪中期以来，我国研究实施了一系列聚变技术攻关，先后建成多个核聚变装置。2003年，我国加入国际热核聚变实验堆计划，探索利用聚变能发电的科学和工程技术可行性，是最早参与设计ITER的国家之一。“当前，聚变工程技术研发不断提升，在聚变理论与物理实验、关键技术研究等方面取得阶段性成果。”此前有业内专家告诉《中国能源报》记者。
据核西物院的专家介绍，上世纪80年代所建成的第一代聚变平台——中国环流一号装置，是我国核聚变领域第一个国家大科学工程装置，也是中国第一个与国际主流接轨的受控核聚变装置，开创了我国核聚变时代；本世纪初建成的第二代聚变平台——中国环流器二号装置，为我国核聚变研究从原理探索到大规模装置实验的跨越式发展奠定坚实的科学与工程技术基础，有力提升我国在国际聚变界的影响力。
2020年，我国自主设计建造成功第三代聚变平台——新一代人造太阳“中国环流三号”装置，是我国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置。2022年10月，装置等离子体电流突破115万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，标志着我国核聚变研发面向聚变点火迈进重要一步，技术水平跻身国际第一方阵；2023年8月，中国环流三号首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。
施庆瑜指出，未来，我国要加快推动华龙一号核电机组规模化发展和优化改进，提高压水堆发展效益。“发挥一体化快堆和可控核聚变创新联合体作用，攻克关键核心技术难题，推动核能‘三步走’战略落地，支撑核强国和中国式现代化建设。”他说。
