
最近热播的电视剧《三体》,除了对宇宙的恢弘描写,以及跌宕起伏的剧情外,最令人着迷的是作者刘慈欣对未来世界和未来科技的设想。在《三体》的未来世界里,人类造出了可控核聚变装置。于是,电磁感应充斥着整座城市,汽车在天空飞行不用加油……化石燃料的停用也让环境恢复到工业革命之前的美好景象。《三体》世界里所描绘的“可控核聚变”究竟是科幻还是科学?它是只存在于想象中,还是已经走进了我们的现实生活呢?
今天就让中国能建华东院的核电专家和大家一起聊聊吧。
核聚变的原理非常简单,两个原子核相互融合形成一个更大的核,一部分质量会在这一过程中以能量的形式释放出来。
能源是人类实现可持续发展的最大制约因素。现有的能源形式中,化石能源储量有限,其排放的温室气体导致的气候变化影响大;可再生能源密度太低,建设需要占用大量空间,发展潜力有限;核裂变核电站,也有原材料资源、安全和废料等问题需要处理和应对。
相比之下,核聚变则不同,以氘氚聚变为例,他们分别可从海水和一些轻核中获取,取之不尽,且生产过程几乎可以做到零排放,产生的核废料也很少,处理起来要容易得多。
核聚变需要先将原材料加温加压到一个匪夷所思的程度,必须输入大量能量才能得以维持。
核聚变装置的能量输出输入之比大于1时才有可能用来发电,否则仅能用于科学研究。事实证明,要想在工程上满足这个要求极其困难。
目前主要有磁约束法和惯性约束法两种方法。
国际热核聚变实验堆(ITER)装置采用磁约束法,它的能量增益系数目标大于10,但它不能发电,只用于测试聚变能量的转化。

美国劳伦斯·利弗莫尔实验室的“国家点火装置”(NIF)采用的是惯性约束法。2022年底,该实验室宣称实现能量正增益,研究意义很大。
刘慈欣在接受央视专访时说,如果放到30年前,他所写的科幻小说是拍不成电影的,因为投资人会认为内容不可信。他们会觉得,中国怎么会有宇宙飞船、太空电梯呢?但现在不一样了,因为中国每时每刻都在发生巨大变化。科幻片中出现的高科技不是天马行空的想象,他们正在一步步走向现实。
自2003年,国务院批准我国参加ITER计划谈判。我国已创造了目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行纪录,造出了全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆的核心部件等……在不断发展中取得了一系列的突破。

“强盛的国家才能托举起强大的科幻产业。”核工业作为高科技战略产业,是我国安全发展和筑牢经济社会发展的重要基础,可控核聚变技术离走进现实越来越近的同时,我国核电站建设作为“硬核”力量之一,正在稳步推进,华东院在中国核电事业的发展中发挥了重要作用。
秦山一期作为我国大陆第一台自行设计、建造和运营管理的核电站机组,于1991年并网发电。

由华东院承担常规岛设计的秦山核电厂一期
浙江三门核电1号机组、福建福清5号机组等作为三代核电不同技术路线的首台机组,也相继投产运行。

由华东院承担常规岛和BOP设计的三门核电一期
福建霞浦快堆示范工程,山东石岛湾高温气冷堆示范工程等四代核电技术示范工程不断推进。

由华东院承担常规岛设计的福清核电5、6号机组(华龙一号)
截至2022年底,中国大陆(不包括台湾地区)已投产核电机组中,华东院参与了近一半的机组常规岛、BOP设计和咨询服务。中国在海外建设并已投产的全部核电机组,其常规岛及其BOP均由华东院设计。
华东院作为中国核工业发展历程中的重要参与者和建设者,从我国首座自主设计、自行建造的秦山一期核电站,到我国自主三代核电技术——“华龙一号”,再到四代核电常规岛技术的研究,历代华东院人始终艰苦奋斗、开拓创新、不懈努力,与时代一起书写中国核电的历史与传奇,将科幻的蓝图变为实景图。


