作為2021中關村論壇平行論壇之一，碳達峰碳中和科技論壇於9月26日舉行，中科院等離子體物理研究所所長宋雲濤在演講時表示，聚變能是核能發展的最終目標，聚變能可以為碳中和的實現做出重大貢獻。在接受新京報記者採訪時，宋雲濤表示，他們已經開始做未來核聚變發電站的工程設計，希望在國家的大力支持下，在10年內建成示範工程。
“人造太陽”EAST已穩定運行15年
新京報：受控核聚變研究裝置又被稱為“人造太陽”，核聚變能有何優勢？
宋雲濤：目前，世界能源消耗量越來越大，人類需要開發新能源。核聚變能是清潔低碳、安全高效的新能源。核聚變原料和生成物沒有放射性物質，它是氘和氚發生反應，不存在核泄漏等問題，即使出現危險，也只是終止反應，非常安全。
海水中蘊藏着大約40萬億噸氘，一升水能夠提煉0.03克的氘，其發生聚變反應釋放的能量相當於燃燒300升汽油或者燃燒336公斤煤。這樣算來，地球上的海水可以供人類使用上億年。
20世紀50年代，第一顆氫彈成功試爆，但氫彈爆炸是不可控的核聚變反應，不能作為提供社會生產和人類生活能源的手段。此後，人類致力於受控核聚變研究，但這也面臨一系列科學技術挑戰。
新京報：受控核聚變如何實現？
宋雲濤：目前實現聚變的方法主要有磁約束核聚變和慣性約束核聚變等。磁約束核聚變是利用強磁場來約束溫度極高的等離子體的核燃料，以使其反應。實現受控核聚變的條件十分苛刻，一是燃料需達到1億攝氏度以上的極高溫度（1億攝氏度的物質處於等離子體態）；二是具有足夠的密度，從而提高燃料原子核之間碰撞而發生核聚變反應的概率；三是具備足夠長的能量約束時間，等離子體維持足夠長的時間，以便充分地發生聚變反應，放出足夠多的能量。
新京報：EAST（全超導托卡馬克核聚變實驗裝置）的建造經歷了怎樣的過程？運行情況如何？
宋雲濤：EAST是世界上首個全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置，中文名稱為“東方超環”。這是我們堅持獨立自主創新、協同攻關建設的大科學裝置。它於2000年開工建設，2006年建成並投入運行。
EAST實驗裝置可以對受控核聚變相關的前沿物理問題開展探索性的實驗研究，通常被稱為“人造太陽”。其實“人造太陽”的反應原理和太陽一樣，太陽每天釋放出大量的光和熱，因為它的內部不斷進行核聚變。
這個裝置科學目標定得非常高，實現1億攝氏度1000秒的等離子體運行。目前，EAST裝置已穩定運行15年。
開始設計核聚變發電站，未來10年有望建示範工程
新京報：今年5月28日，EAST實現可重複的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，這意味着什麼？距離1000秒的目標實現還有多遠？
宋雲濤：這打破了世界紀錄，為未來建聚變堆奠定了堅實的物理和工程基礎。擦火柴一閃，能量就沒有了，而煤球可以一直燃燒，我們要做的就是用超導裝置把聚變的“煤球”點燃。把這麼大容量的上億攝氏度的東西維持住並不容易，這個維持時間從毫秒到秒，再延長到100秒，發展進程是很快的。所以我說，磁約束核聚變的發展速度和電腦CPU芯片的發展速度一樣快。
我們接下來的目標就是把維持時間延長到400秒、1000秒之後，這將在未來幾年實現。
新京報：在EAST建設過程中，科研人員自主創新，進行了大量攻關，是否可以舉個有代表性的例子？
宋雲濤：為了達到聚變實驗裝置所要求的條件，EAST團隊自主設計、研發了大部分具有我國自主知識產權的關鍵技術，創造性地完成了EAST裝置主機的總體工程設計。
超導材料用於產生磁場，是非常關鍵的材料。靠着自主創新，我們和國內最好的超導企業來共同研發，根據聚變的需求研發了超導材料。當時中國10年能生產100公斤至150公斤，現在由於大科學裝置的帶動，我們能生產1000噸。國外60%-70%的超導材料要向我們買，我們國家的出口量也是很大的。
新京報：何時能用上核聚變能發電？
宋雲濤：我們已經開始做未來核聚變發電站的工程設計。如果在國家大力支持下，我們希望在10年以內建成小的示範工程，真正實現聚變堆發電。未來，聚變核電站將在多地建設。
新京報：我國核聚變研究進展如何？在國際上是否處於前列？
宋雲濤：以前國外把核聚變研究裝置送給我們，我們用俄羅斯的舊裝置鍛煉了一代人。如今，我國核聚變研究了50多年，取得了一系列突破性進展。
中科院合肥研究院等離子體物理研究所正在承擔建設聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（CRAFT），這是國家“十三五”大科學裝置，其超導磁體系統有4層樓高，其中包含一個關鍵部件——極端工況下偏濾器系統，我們已經實現了技術的掌控。目前，工程設計已經驗收。
我們同時也面臨著巨大的國際競爭和挑戰。美國提出2035年至2040年在能源部和企業試點核聚變發電站發電。英國提出2040年實現核聚變能源商業化。中國也有自己的路線，我們參與了國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，也有“十三五”大科學裝置，希望未來能真正實現聚變的應用。
新京報：國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式去年7月啟動，中國在ITER計劃中發揮了怎樣的作用？
宋雲濤：ITER裝置在法國，它的目標是實現400秒高約束等離子體穩態運行，演示聚變能和平利用的工程技術可行性。ITER不會發電，但是它將解決關鍵的科學和技術問題。
1985年，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃提出，希望通過國際合作，建造一座核聚變反應堆，為人類的核能和平利用做點貢獻，當時只有日本、歐盟、前蘇聯和美國加入，最開始中國是“擠”不進去的。曾經日本也希望中國作為其夥伴加入這個項目，中國沒有同意，中國是一個大國，有自己的定位和實力。
中國自2006年開始參與ITER計劃。作為七方成員之一，中國做出了巨大的貢獻，承擔了ITER裝置近10%的採購包。中科院合肥研究院等離子體物理研究所是中方任務的主要承擔單位，自2009年以來主持了超導導體、校正場線圈、磁體饋線系統等製造任務。我們承擔的任務都是最難的，每一個技術點都能夠引領一個戰略新興產業，包括超導、電源、診斷等，我們的超導導體性能遠超國際同行，實現100%國產化、100%一次性合格、100%準時交貨。
“人造太陽”零碳排放，可為碳中和做出貢獻
新京報：“人造太陽”對碳中和能起到什麼樣的作用？我國承諾爭取在2060年前實現“碳中和”，核聚變發電會比碳中和先實現嗎？
宋雲濤：核聚變是氘和氚發生反應，產生惰性氣體氦和能量，是零排放。聚變能是核能發展的最終目標，聚變能可以為碳中和的實現做出重大貢獻。國際領域專家已經提出較為完善的未來聚變電站設計規範。我國也會在2060年前建成聚變電站並廣泛應用。
新京報：聚變電站的成本如何？
宋雲濤：建設聚變電站成本很高，超導磁體在其中佔了約40%，超導材料目前還是非常貴的。但近10年，超導材料價格在下降，工藝和產品成熟了，價格會不斷下降。聚變電站的經濟性會越來越高。
另外，相較於其他電站，聚變電站對人體和生態沒有影響，對資源的影響小，所以聚變電站的外部成本最低。
新京報記者 張璐
編輯 馮雅君 校對 劉越