(央視財(cái)經(jīng)《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》)近期，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院傳出消息，全球最大的“人造太陽”，國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，并且具備了批量制造條件。這次最新突破的關(guān)鍵部件“第一壁”，實(shí)際上是“人造太陽”的“防火墻”，可以直接面對(duì)燃燒的上億攝氏度等離子體。
(資料圖)
一米距離，溫度從一億攝氏度到-269℃
“人造太陽”，簡言之就是在地球上造一個(gè)裝置，模擬太陽發(fā)光發(fā)熱釋放能量，從而解決人類所面臨的能源問題。“人造太陽”一般指國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃。
探索開發(fā)聚變能源的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)，由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國7方共同參與建造，被譽(yù)為全世界最大的“人造太陽”。目前，ITER正在法國南部按計(jì)劃推進(jìn)，預(yù)計(jì)2025年完成。
聚變能源一直被認(rèn)為是人類的終極能源夢想。就在2022年11月22日，中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院傳出消息:全球最大“人造太陽”核心部件——國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁完成首件制造，并具備了批量制造條件。
這是我國在可控核聚變領(lǐng)域的巨大突破，標(biāo)志著中國全面突破“ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)核心科技持續(xù)領(lǐng)跑，有力提升了我國在該領(lǐng)域的話語權(quán)。
ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁，簡稱“第一壁”。它直接面對(duì)真空壁等離子體堆芯的1億攝氏度高溫，是ITER裝置最關(guān)鍵的堆芯部件，也是核聚變堆建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。
中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院工程技術(shù)領(lǐng)域首席專家、ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人諶繼明告訴記者，太陽表面溫度約6000℃，一億攝氏度就相當(dāng)于16666個(gè)太陽累計(jì)燃燒的溫度。
從真空壁堆芯一億攝氏度的高溫等離子，快速下降到外面包層-269℃，中間只間隔1米多。目前，世界上還沒有一種物質(zhì)能承受上億攝氏度的高溫。
無法忍受高溫，那就主動(dòng)降溫。冷卻水巧妙地解決了材料抗高溫的問題，然而“第一壁”的制造加工安裝也充滿著挑戰(zhàn)。
增強(qiáng)熱負(fù)荷的手指部件，簡稱“手指”，是“第一壁”中最關(guān)鍵、最核心的零部件，制作難度不小。部件中銅和不銹鋼連接部位的貼合度間隙誤差需要打著手電光，從逆光角度才能看得見。
而手指部件的銅表面特殊加工更是要求誤差率要小于0.01毫米。
手指部件有三層，下面一層是不銹鋼、中間是銅，上面一層是金屬鈹。四川雅安的一家配套企業(yè)，用自己的“獨(dú)門絕技”，把這三種不同特性的金屬材料緊密地貼合在一起。
在十幾家配套企業(yè)的共同研發(fā)努力下，手指部件在2022年3月完成了加工制造。此后經(jīng)過8次模擬高熱負(fù)荷測試，每次持續(xù)一周，在10月順利通關(guān)。
就在諶繼明科研團(tuán)隊(duì)在“手指”部件取得重要突破時(shí)，他的同事，李鵬遠(yuǎn)的科研團(tuán)隊(duì)也有了新的進(jìn)展。李鵬遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)ITER增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁外側(cè)，也就是真空壁外面的包層——磁體支撐的研發(fā)。
與“手指”的加工制造類似，“第一壁”的磁體支撐同樣離不開眾多配套企業(yè)。因?yàn)槭呛四墚a(chǎn)品，加工要求零容忍、零缺陷。因此技術(shù)人員在實(shí)際加工前，要先借助計(jì)算機(jī)軟件，做數(shù)控程序處理。即便有計(jì)算機(jī)幫忙，這個(gè)過程的難度依然不小。
像太陽那樣利用核聚變獲得源源不斷的清潔能源供應(yīng)，是人類長久以來的夢想。在這條研發(fā)的道路上，它可能是4年、5年，甚至更長時(shí)間坐科研“冷板凳”的寂寞孤獨(dú)，可能是無數(shù)日夜的重復(fù)，也可能是一次又一次測試的失敗。
“人造太陽”的每一項(xiàng)技術(shù)都需要反復(fù)測試。近乎苛刻的要求使得相關(guān)科技研發(fā)快速迭代，并不斷應(yīng)用到民用制造業(yè)。李鵬遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)最近研制的高溫超導(dǎo)導(dǎo)體，就是其中的一個(gè)代表。
不僅如此，參與“人造太陽”部件制造的加工配套企業(yè)也在快速發(fā)展。
癌癥治療有望用上國產(chǎn)核技術(shù)
鈷60、碳14、釔90是三種同位素原料，它們與核反應(yīng)堆發(fā)生反應(yīng)后，就成為帶放射性的醫(yī)用同位素。同位素鈷60，主要用于伽馬射線治療腫瘤疾病。2009年，我國已實(shí)現(xiàn)鈷60國產(chǎn)化。
同位素碳14原料，主要用于檢測幽門螺旋桿菌，目前主要依靠進(jìn)口。釔90同位素原料，可以用于癌癥的放射性治療，目前基本依靠國外進(jìn)口。
國際上使用釔90同位素的體內(nèi)放射治療已經(jīng)有二十多年，我國最近幾年才開始起步。浙江省腫瘤醫(yī)院是我國釔90放射治療的臨床研究單位之一。這種放射治療適用于一些腫瘤較大，不適宜做手術(shù)或化療的癌癥患者。
不過，釔90用來進(jìn)行放射治療，價(jià)格十分昂貴。這背后，是我國一直無法實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)釔90同位素的現(xiàn)實(shí)。而眼下，這一情況正在發(fā)生改變。
2022年10月28日，我國最大同位素生產(chǎn)基地在浙江海鹽正式開工建設(shè)。預(yù)計(jì)2025年3月建成投產(chǎn)，這將有效解決國內(nèi)同位素產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口的問題。
釔90實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，背后離不開秦山核電的努力。以國產(chǎn)釔90同位素原料為例，這第一關(guān)，就是要研制生產(chǎn)出特殊的玻璃微球。
微球制造完成后，管道的生產(chǎn)同樣不可或缺。位于浙江湖州吳興區(qū)的一家配套廠，建有世界先進(jìn)水平的無縫管生產(chǎn)線和焊接管生產(chǎn)線。裝同位素原料的“靶件”管道，就是在這里制造加工的。
符合要求的管道做好后，裝入同位素原料，就成了“靶件”，“靶件”隨后進(jìn)入秦山核電站核反應(yīng)堆廠房。
裝有同位素原料的“靶件”，在核反應(yīng)堆里面放置兩年，充分吸收反應(yīng)堆裂變產(chǎn)生的中子帶有放射性后，再借助專門的屏蔽運(yùn)輸容器，通過遠(yuǎn)程操作，從核反應(yīng)堆里提取出來，吊運(yùn)到“乏燃料水池”，進(jìn)行降溫和輻射屏蔽。
為了便于以后的運(yùn)輸，隨后，這個(gè)3米多長，帶有高放射性的靶件被拆成20厘米一段的長度，再放入一個(gè)專用的容器里面，等待進(jìn)一步加工。
醫(yī)用同位素是核醫(yī)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)與核心。目前，醫(yī)用同位素關(guān)鍵產(chǎn)品國產(chǎn)化的研發(fā)還在不斷進(jìn)行，未來將給更多癌癥患者帶去希望。
