热核聚变实验堆开启“无限能源”时代

对世界各国来说，ITER计划是实现核聚变能源的渠道，促进全球核能研究快速发展。

1985年，在美苏首脑的共同倡议下，国际热核聚变实验堆（ITER）计划得以确立。目前，该计划由欧盟、俄罗斯、日本、美国、中国、韩国和印度— —总人口占世界一半以上的七方共同实施。

据了解，此大型国际合作计划探索利用磁约束方式来实现核聚变能源，是目前全球规模最大、影响最深远的重大国际科学工程之一，也是人类历史上的一个创举。

1988年，ITER开 始 设 计，并 于2001年完成ITER《工程设计最终报告》。该计划集成当今国际上受控磁约束核聚变的主要科学和技术成果，首次建造可实现大规模聚变反应的实验堆。

凭借这个功率为50万千瓦的核聚变超导托卡马克实验反应堆（真空室高度约三层楼高（11.3米），重达8000吨，比埃菲尔铁塔还重；另一个360吨的TF线圈与一架波音747重量相当），ITER将研究解决大量工程技术难题，是人类实现受控核聚变能源研发走向实用的关键一步，标志着人类有了更具革命性的力量去改造自然。

曲折的“融入”之旅

我国加入ITER计划经历了一个相当曲折的过程。

20世纪90年代，我国曾先后两次申请加入，但都因为美国的反对未能如愿，直到2003年前夕，在美国暂时退出计划后，我国分别与当时的ITER“四方”欧盟、日本、俄罗斯和加拿大会谈后，得到支持；随后美国也重返了ITER计划。

2006年11月21日，中国政府代表与包括欧洲原子能共同体在内的其他六方代表在法国巴黎总统府爱丽舍宫共同签署了ITER计划《联合实施协定》（简称《ITER协定》），法国总统希拉克和欧盟委员会主席巴罗佐出席了签字仪式，中国也非常荣幸成为继东道主法国后，受特别邀请作为在仪式上第二个发言的国家。

根 据《ITER协 定》，该 计 划 从2007年开始，历时35年，总投资约为86亿美元加8.11亿欧元。随着ITER计划的深入实施，2016版《ITER基准》中，计划总投资调整为约180亿欧元，计划总时间不变。

当前，该计划主要是完成国际热核聚变实验堆（ITER）装置的建设、安装、调试，预计2025年底实现第一等离子体放电；再经过10年的后续实验和测试，2035年ITER装置进入氘氚运行实验阶段，这将是这项工程的重要节点；2040年，ITER装置完成实验，处于去活化和退役阶段。2050年前后，将完成聚变能原型电站的建设和运行，开始商业化应用。

从技术上看，ITER计划主要有三个难点需要突破。首先等离子体稳态燃烧；其次是氚的自持（即通过聚变装置产生维持聚变反应所需的氚，不需要外部输入），因为氚在自然界中几乎没有，衰变很快，需要通过锂转化而来，成本很高，所以要做到氚的自持；再次是托卡马克装置内部达到1亿度，壁的材料必须是高抗辐射材料。

据测算，1千克核聚变燃料所产生的电能大约等同于1.1万吨标煤燃烧；1升海水中所含的氢的同位素，经核聚变反应可提供相当于300升汽油燃烧后释放的能量。未来的核聚变电站不仅能产生电力，而且多余的能源可用于制氢，把氢作为储能中介。目前，核聚变反应实验堆还不具有商业发电的能力。只有核聚变所反应产生的能量远高于输入能量后，才能称作真正意义上的可用能源。

其后的飞速前行

我国磁约束核聚变能研究始于20世纪60年代，一直以实现受控磁约束核聚变为主要目标。

1965年成立核工业西南物理研究院；1978年成立了中国科学院等离子体物理研究所等专业院所。1984年自主设计建成了我国磁约束核聚变领域的第一座大科学工程装置——中国环流一号（HL-1），随后相继建成中国环流器系列装置。2006年自主设计建成了世界第一座全超导托卡马克实验装置——东方超环（EAST）。

正式加入ITER计划后，作为平等成员方，我国承担了ITER建设阶段9.09%和运行、退役阶段10%的经费，享有ITER 100%的技术成果使用权。截至2017年，我国已有超过30个科研机构、35家企业、超过3400名科学家和2700名研究生参与该计划。

与此同时，我国与ITER组织陆续签署18个采购安排协议，在采购包质量和进度方面长期处于7个成员方的领先地位，连续被三任总干事评价为最有价值的成员国之一。目前，我国在核聚变堆设计、关键部件的研发和制造（如超导磁体、超热负荷第一壁部件）等方面已进入世界先进行列。我国研发的ITER部件已实现100%的产业化。通过全面参加ITER计划，我国不但掌握了众多科学技术，同时也深度学习了国际大科学工程计划的管理。

当前，我国聚变界制定了发展路线图，已着手建设中国聚变工程实验堆（CFETR），这是我国消化、吸收ITER计划产生的100%知识产权，自主设计和研制并通过国际合作开展的重大科学工程。

2017年11月28日和29日，在北京召开的“ITER十年——回顾与展望”会议上，国际核聚变专家联合发表《北京聚变宣言——支持中国聚变能源发展》，支持中国建设聚变工程实验堆CFETR。CFETR计划分三步走，第一阶段到2021年，完成工程设计，启动立项建设；第二阶段计划到2035年建成聚变工程实验堆，开始大规模科学实验；第三阶段计划到2050年，在实验堆成功基础上，建成聚变商业示范堆。

2020年7月28日，习近平总书记在给ITER计划重大工程安装启动仪式的贺信中说到，ITER计划承载着人类和平利用核聚变能的美好愿望，我国愿继续同各方加强科研交流合作，合力突破重大关键科学和技术，推进全球科技创新，为增进各国人民福祉、实现全球可持续发展不断作出新贡献。该仪式也预示着ITER计划已进入从建造阶段向装配阶段转变的关键节点。

ITER计划一旦商业化成功，意味着受控热核聚变将为人类提供了用之不竭的理想洁净能源，电费近乎免费，迅速形成以热核能为支柱，可再生能源为补充，以氢为介质的能源结构，人类将彻底摆脱化石能源的束缚。

与此同时，核能提供的无限能源供应将使农业、工业、商业彻底的改造，有效改变当前全球气候变暖和自然环境恶化困局，人类发展格局将从此发生巨大改变。