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欧盟聚变联盟负责人谈国际核聚变研究领域新进展

放大字体  缩小字体 中国核电网  | 发表于:2016-04-14 | 来源:中国核工业报

日前,第二十届太平洋核能大会在京举行。期间的第一场专题论坛就聚焦在核聚变领域。

众所周知,为推进核聚变研究,早在1988年,美、苏、欧、日共同启动“国际热核聚变实验堆(ITER)”计划,旨在集全球之力攻克人类能源问题的“终极关口”。2006年12月21日,中、欧、印、日、韩、俄、美七方在法国巴黎签署ITER联合实施协定。2007年10月24日,ITER国际聚变能组织(简称ITER组织)正式成立,ITER计划进入装置建造阶段。可以说,ITER计划是受控核聚变由实验室走向工程实践的关键一步。

对于核聚变研究,欧盟一直寄予厚望。身为ITER计划的执牛耳者,欧盟承担了该计划约50%的任务额度,同时,其也为自身的核聚变研究度身定做了详实的技术发展“路线图”。基于此,可以说,欧盟的核聚变研究现状很大程度上决定着全球核聚变研究的走向。第二十届太平洋核能大会期间,记者特别采访了欧盟聚变联盟(Euro-Fusion)负责人多纳先生(Mr. A.J.H Donne),了解当前国际核聚变研究领域的一些最新进展。

一张与ITER计划相互交织的欧盟聚变研究“路线图”

记者:对于核聚变的研究,您在论坛演讲中反复提及了核聚变发展“路线图”这一概念,请您详细阐述一下这幅“路线图”?

多纳:欧盟核聚变发展“路线图”以2050年实现聚变发电为最终目标,基本分为两个重要阶段:第一阶段是建造ITER,第二阶段是打造欧盟自己的示范堆。我们打算在ITER建造的同时,开始设计欧盟核聚变示范堆的设计工作;ITER运行后,借助ITER的经验与成果,着手建造核聚变示范堆。

这张“路线图”集中了欧盟中所有国家相关研究者的智慧,它制定的过程非常民主,欧盟的主要实验室都参与其中,讨论路线图的主要因素,包括为了实现聚变放电这个目标所需要做的各项工作。

当然在过去几年的实践中,我们也可以看到,这份“路线图”并不是一份一成不变的规划,而是在不断地进行调整中。比如,与日本共同合作的国际热核聚变材料辐射装置(IFMIF)的进度比预期要慢一些,我们就决定在今年或明年做出一些调整,探讨其他方法的可行性,各个实验室提出的方案五花八门,我们在讨论,希望从中选取最可行的。这就像导航一样,中间遇到一些问题,堵车或走不通就要调整一下方向。总之,为尽快达到最后的目标,要不断地调整。

但要强调一下,“路线图”的调整不是革命性的,而是持续更新的过程。

基于“27国、100多所高校、27个实验室”的欧盟聚变联盟

记者:您刚才提到了欧盟聚变联盟的管理问题。2014年,欧盟成立了您所在的这家机构——欧盟聚变联盟,旨在整合欧盟内部聚变研究力量,强化对于“路线图”的执行。您能否介绍一下它的作用和意义?

多纳:欧盟聚变联盟是欧盟27国100多所高校、27个实验室建造的一个共同体,主要目的是开展跟ITER相关的一些技术方案,同时也负责欧盟核聚变示范堆的基础设计。但是,我们并不负责ITER和欧盟示范堆的具体执行。当进入到工程阶段后,我们会把聚变最新研究成果、示范堆相关理念呈交给ITER计划欧洲执行机构——欧洲聚变能组织(F4E),由他们和欧盟相关工业界进行相关交流,完成ITER和欧盟示范堆的建设。

记者:欧盟聚变联盟成立之后,管理层面主要产生了哪些变化?

多纳:在过去的管理体系中,欧盟委员会和单一的国家签署双方合同,由各国投入核聚变研究经费,20%来自欧盟,80%是自筹。实验室可以自由从事感兴趣和认为与核聚变能源相关的实验和工作,不一定以ITER项目为先。

在新的管理体系中,欧盟和单一国家的双边合同取消了,欧盟在聚变领域的研究经费都拨给我们,由我们根据欧盟核聚变发展“路线图”,按照研究的优先顺序来决定哪些实验室可以获取经费。各实验室之间,既是竞争又是合作的关系。这样,更加整合了实验室的资源,让他们可以发挥各自的优势去进行一些项目的研究。从中你可以清晰地看到,核聚变“路线图”的执行力得以加强。

记者:欧盟聚变联盟成立近两年来,研究工作取得了哪些进展?

多纳:成立以来,我们在核聚变材料研发方面做了大量的工作,致力于提高聚变相关材料的性能,取得了比较显著的成绩。比如,我们一直在和纺织业界做一些接触,希望用钨这种材料提取一些纤维,并在其中加入铜等元素来提高材料的抗热等性能。

此外,我们在如何提高氚的产量方面也在加强研究的力量。氚是聚变堆里十分重要的燃料,每年的聚变研究约需要100公斤的氚。而目前,加拿大坎杜堆产出的氚仅为25公斤,产量非常少,远远不够研究所用。所以在托克马克装置里如何通过包层系统增值氚,是我们目前面临的主要挑战。

我们仍然不断在调整研究方案和方向,应该说,整体来看,各项工作开展都还比较顺利。

位列多米诺骨牌之首的ITER项目

记者:在您的表述中,我们可以看到欧盟的核聚变研究和ITER项目的进展彼此交错咬合、密不可分。参与该计划的7方都投入了大量人力、物力、财力,对他们而言,ITER计划与其本国核聚变研究的紧密程度,也都和欧盟的情况类似吧?

多纳:确实如此,ITER计划至关重要,它是受控核聚变由研究走向实用的关键一步。

记者:那么,如果ITER计划不成功,是否意味着欧盟现在的聚变研究方案也就成为了没法完成的任务?对其他参与国,甚至整个世界的聚变研究来说,是否也是如此?

多纳:可以预想,若该项目不能成功,那么参与人员就要重返实验室从基础研究重新开始,但各方也再不可能投入同样大的人力、财力,重新建造一个ITER,计划就会陷入无限期的搁置甚至停止。对这个计划而言,我们是必须成功,没有退路的。当然,作为核聚变领域的研究者,多年的经验让我对ITER计划是有充足信心的。

如果ITER没有成功,打击当然是沉重的,但是,通向成功的道路并不是唯一的。在核聚变能源研究领域,除了ITER,我们还有其他的构想,即使ITER最终未能建成,对于其他的构想不会造成太大影响。

记者:目前,ITER计划的一些项目出现了拖延的情况,对于这个计划的管理颇有一些微词。那么,您认为,ITER计划在执行时存在哪些问题呢?

多纳:虽然各参与国文化、背景不尽不同,但是所有参与国目标一致,且ITER组织有着行之有效的工作方式。ITER机构现任总干事自去年上任以来,对工作方式和组织结构也重新进行了调整,把高层集中起来进行决策,从而更利于项目的执行。希望在新的总干事领导下,ITER项目能取得更好的进展。

在实际的运行中,该计划确实存在一些问题,我个人认为主要来自两方面的原因。一是,ITER的组建机制给任务造成了一定困扰。ITER组织负责计划的运行,但是它本身没有经费预算,所有的经费都来自七个成员方的贡献。这样,ITER组织在向各成员方供应商提出任务要求时,就会存在部件发布方和制造任务承担方之间的博弈。比如,该组织提出一个部件设计要求,制造商很可能会认为成本过高,与它进行讨价还价。

二是,ITER任务分配方面存在问题,经常是几方共同承担同样部件的制造任务,由于工作接口过多,也会使工程变得更为复杂。比如,ITER项目中,真空室所用线圈由欧盟和韩国共同承担制造,为使两国制造线圈的材料保持一致,避免因材料构成细微差距出现变形的问题,就要不断进行工作的对接、讨论,从而增加了工作的复杂性。

我认为,最好的解决办法是建立一个新的协调机构,把经费交由该机构进行分配,该机构具有一定的自主决策权,同时也对其进行一些限制,这样可以更加有效地利用经费。同时,各成员国之间应该进行知识和信息的共享,这样可以大大降低成本,减少不必要的讨论。(申文聪 杨阿卓 吴佳蔚)

(本文感谢核工业西南物理研究院院长刘永、许敏博士以及中国国际核聚变能源计划执行中心朱雅兰女士的大力支持和帮助)
 


 
关键词: 核电 欧盟 核聚变
 
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