中國以平等身份參與人造太陽國際工程成為核聚變科學的重要力量


來源:科技日報   時間:2018-12-18 09:00:26


房琳琳/科技日報

國際熱核聚變實驗堆(ITER)俗稱“人造太陽”,作為托卡馬克超導裝置,它將用強磁場約束高溫等離子體,最終實現核聚變能量的穩定可控釋放,預計在2050年前后實現核聚變能商業應用,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,承擔項目工程建設階段18個采購包的制造任務。

現任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”。歐盟聚變聯盟負責人托尼·多內額認為,中國已經在很短時間內成為核聚變科學領域的重要力量。獲得如此肯定和贊許的同時,中國這十一年學到了哪些寶貴經驗?科技日報記者近日采訪了中國國際核聚變能源計劃執行中心主任羅德隆,他曾是中國參加ITER計劃談判代表團重要成員。

國際化+標準化,磨刀不誤砍柴工

ITER計劃是規模僅次于國際空間站的國際大科學工程計劃,自1985年發起動議以來,已經持續推進了20余年,是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。

一個從無到有的國際大科學工程計劃,難度超乎想象!

在位于法國南部圣保羅-萊迪朗斯鎮的180公頃項目工地上,來自“七方”的工程團隊,每天都面臨著繁雜細碎的溝通、協調、工程管理和統籌安排。

中方一開始并未參與實驗堆的設計,正式加入ITER組織后最難的是,學會與國際合作伙伴在同一個話語體系和工作機制中保持平等對話、全權參與。

羅德隆帶領團隊用了整整三年時間,編制和推演了一套與ITER組織機制完全契合的標準化項目管理體系。

細到什么程度呢?比如,一顆螺絲由哪里生產,怎么運送到現場,經由何人,在什么時間安裝,每一步都有明確的標準記錄,出現問題時,可以完整追溯,以確保在未來運行實驗堆時,有針對性地查找問題所在。

“磨刀不誤砍柴工,事實證明,此后的所有項目管理、協調工作,都在同一個話語體系和標準體系下進行,節省了大量的溝通成本,大幅度提高了工作效率。運行管理的國際化,為中方后來在關鍵時刻解決總體工程難題,提供了機制和時間保證。”

突破工程瓶頸,“中國造”獲點贊

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

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

在最初設計版本中,蒸汽冷凝罐被設計成一個整體,安置在整個裝置的頂部。但在推進中,發現這個設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,預先埋入地下。

這一設計上的改動,將蒸汽冷凝罐的生產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。火燒眉毛了,必須要攻克這個難關!“該出手時就出手,中方有信心攻關!”核聚變中心立刻組織國內相關單位,提出了一整套符合實際的解決方案——從制造能力,到制造成本,再到供貨時間,都符合甚至超出ITER組織的預期,綜合考察后,中方一舉中標。

從以前被動承擔制造部件任務的“知其然”,到重新參與優化設計環節后的“知其所以然”,我們學習到了寶貴知識、設計理念和關鍵經驗,與ITER組織建立了雙贏的局面。

人才培養有序,組織管理有方

ITER裝置構成相當復雜,需要超前技術予以支撐。18個采購包制造任務,由國內上百家科研院所和企業承擔。

在“ITER十年——回顧與展望”會議上,中科院院士萬元熙說:“中國的超導技術因ITER得到長足發展,如高功率的連續波加熱、遙控機器人維護以及材料、大型低溫系統、大型電源……中國在核聚變各個領域發展迅速,有些走到了世界前列。”

十一年前,以ITER計劃為契機,為推動國內人才培養,國家四部委開展了人才培養計劃——4年時間培養1000位工程、物理和管理人才,現在,這批人正在擔綱中國核聚變的偉大事業。

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

這些實驗成果,為未來ITER運行及“中國聚變工程實驗堆CFETR”的工程和物理設計提供了重要的實驗依據與科學支持。

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

十一年來,ITER組織中方職員數量持續上升,目前比例已經超過9%,僅次于歐盟。

羅德隆認為,借助參與ITER項目,中國培養了一大批懂得國際規則的科學項目工程管理人才,為未來中方牽頭國際大科學工程計劃奠定了人才基礎。“目前,我們還應培養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,發揮更大的影響力。”

倒逼企業創新,尖端工業品走出國門

總干事比戈說,ITER對于促進經濟發展和鼓勵創新具有十分重要的意義。通過工業投資,企業得以根據項目需求,大量生產一些原本需求量很小的材料,并學會如何制造承建的組件,從而推動生活和生產多個領域的發展。

羅德隆對此十分認同。一個發生在中國的案例,可以完美解釋這一論斷。

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

為此,負責研發這個關鍵線材的西北有色金屬研究院專門成立了一個公司,攻克關鍵技術。

“核心技術等不來、要不來、討不來!怎么辦?進口一批最先進的線材,就放在我這,告訴西北有色金屬研究院,如果研制不出來,就用人家的做認證!”羅德隆說,激將法讓研發團隊感到了巨大壓力,愣是在有限的10個月內,突破了卡脖子環節,拉出來的絲不僅長度足夠,且性能更優異。

中國借ITER項目,填補了一項技術空白,該核心技術的完全自主知識產權牢牢在握!這種超導線材,后來不僅實際應用到了ITER裝置上,還用在了核磁共振設備等民用產品上,銷往全世界,已經是世界公認的頂尖超導線材。

“推動企業開展尖端技術創新,參與國際平臺的激烈競爭,直到在民用產品和經濟領域占領制高點,這是我們加入ITER大科學工程的深遠意義。”羅德隆感慨道。

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