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核聚变研究与ITER计划 |
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1.核聚变研究
( 1）磁约束核聚变简介
聚变能是一种战略能源，也是21世纪的换代能源。
核能是能源家族中的新成员，它包括裂变能和聚变能两种主要形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变所释放出的巨大能量，目前已经实现商用化。由于裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生放射性较强的核废料，这些因素都限制了裂变能的发展。而另一种核能形式就是目前尚未实现商用化的聚变能。氘氚聚变反应能够释放出大量能量，其燃料氘和锂在地球上几乎是无穷无尽的。聚变反应堆既不产生硫、氮氧化物等环境污染物质，也不释放温室效应气体；而且氘氚反应的产物没有放射性，中子对堆结构材料的活化也只产生少量较容易处理的短寿命放射性物质。因此，聚变能可以被看成是更清洁、更安全和可再生的新型能源。
可控热核聚变能的研究分惯性约束和磁约束两种途径。惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变。而磁约束是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大进展，磁约束研究大大领先于其他途径。科学家研究出一种形如中空面包圈的环形容器，这种面包圈形状的装置被称作“托卡马克”。在这类装置上做出的实验取得了一个又一个令人鼓舞的成果。所有这些实验成绩都表明：在这类装置上产生聚变能是可行的。但这些实验结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生的，与实际反应堆的持续运行仍有较大的距离，其主要原因在于磁容器的产生是脉冲形式的。
可控热核聚变能研究的一次重大突破就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。
氘氚聚变反应
（2）我国研究磁约束核聚变的意义
我国的磁约束核聚变研究始于20世纪50年代末，该研究从一开始就以聚变能作为主要目标，并将研究重点集中在比较可行的托卡马克途径上。
中国是能源短缺的国家。中国能源资源的现状是人均能源占有量极低，优质能源资源（石油、天然气等）严重短缺，能源结构很不合理。据估计，到2050年我国一半以上的能源仍来自煤。在可大规模开发的非化石能源(太阳能、核裂变能及聚变能)成为主要能源之前，以煤为主的能源仍会受到交通运输、环境污染、温室效应气体排放等问题的严重制约。无论怎样改进燃烧与排污技术，每年燃烧几十亿吨煤的状况都是不可能长期维持下去的。而聚变能具有资源无穷尽性、环境可接受性和经济竞争性，聚变能是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。从这种意义上讲，聚变能的开发对我国长期可持续发展具有极为重要的意义。
传统能源会对环境造成危害
2.ITER计划的发展过程和各国情况
（1）ITER计划的发展过程
1985年，在美、苏首脑的倡仪和国际原子能机构（简称IAEA）的赞同下，一项重大国际科技合作计划――“国际热核实验堆（简称ITER）”得以确立，其目标是要建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性。ITER计划独立于IAEA之外，由欧、美、日、俄四方共同承建，并于1998年完成了ITER的工程设计，预算造价约100亿美元。由于国内聚变研究政策的调整，美国曾于1998年退出ITER计划，但欧、日、俄三方仍然全力推进，2001年已完成新的设计及大部分部件与技术的研发。新的设计保留了ITER原设计的主要目标，经费却降至约46亿美元。2001年11月开始就ITER项目的实施进行谈判，主要内容包括：选址、费用、采购责任、管理和运行。
目前参与ITER计划谈判的七方中，除欧、日、俄外，加拿大于2001年6月加入ITER计划，后因ITER场址问题退出该计划。2003年2月18日，在俄罗斯圣彼得堡召开的“ITER第八次政府间谈判会”上，美国宣布重新加入ITER计划，中国也同时宣布作为全权独立成员加入ITER计划。此后，韩国和印度分别于2003年6月和2005年12月加入ITER计划。
2003年12月20日，ITER各参与国在华盛顿举行会议，讨论核聚变反应堆的选址问题。欧盟、中国和俄罗斯主张把反应堆建在法国的卡达拉什，而美国、韩国和日本则主张建在日本的六所村。因为没有选择加拿大作为反应堆候选国，加拿大政府随后宣布，由于缺乏资金退出该计划。至此，ITER的参与国只剩下欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和中国6方，并且形成了泾渭分明的两个阵营。
2005年6月28日，国际热核反应堆（ITER）部长级会议在莫斯科举行，中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、和韩国6个ITER计划谈判参与国再次讨论了ITER场址问题。由于欧盟和日本在场址问题上的争执，ITER场址一直未能确定下来，经过长达1年多的谈判，6个计划参与国最终达成一致意见，确定法国的卡达拉什为ITER计划场址，并签署了联合宣言。
2006年5月23日，国际热核反应堆（ITER）第3部长级会议在布鲁塞尔召开。5月24日上午，中国、美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本和印度等7方科技部长分别代表各国政府草签了《成立ITER国际组织联合实施ITER计划的协定》和《给ITER国际组织以特权与豁免的协定》，这标志着有关该计划场址选择、各国权利和义务、材料设备采购和分配等方面历时3年多的艰苦谈判终于基本结束。根据谈判结果和24日草签的协议，反应堆将建在法国的卡达拉什，项目预计持续30年，前10年用于建设，后20年用于操作实验。这一项目总花费预计约为100亿美元，欧盟承担50％的费用，其余6方分别承担10％，超出预计总花费10％的费用将用于支付建设过程中由于物价等因素造成的预算超支。此外，参与各国完全平等地享有项目的所有科研成果和知识产权。
ITER所在地位置，法国卡达拉舍
（2）ITER计划受到有关各国的重视
参与ITER计划谈判的各国充分认识到聚变能对国家经济和安全的重大意义，以及国际合作对聚变能研究的必要性，因此都在积极推动ITER计划的实施。
欧盟一直积极支持着ITER计划，在ITER计划发展最困难的时期，欧盟仍为其设计和研制提供了大部分的经费。欧盟成员国普遍认为：ITER计划的主要目标是验证受控热核聚变能的科学和技术可行性，目前已完全具备建设ITER的条件。ITER一直是欧洲聚变研究的焦点,有关ITER的重要问题曾多次在欧盟理事会上得到讨论。在ITER计划进入选址阶段后，法国和西班牙的领导人均采取积极活动，希望把ITER场址定在本国。而后在欧盟的协调下，候选国之一的西班牙主动放弃，结果场址问题就变成以法国为代表的欧盟和日本之争。
日本在ITER计划的发展中同样起了重要作用。1996年，日本原子能委员会成立了ITER计划特别委员会。2001年1月成立的日本科技政策委员会（CSTP）是负责国家科技的专门机构，由现任日本首相小泉纯一郎担任主席，成员包括内阁大臣、知名学者及企业家。CSTP于2002年5月向政府提出报告：建议日本推动ITER的多边合作、参与ITER项目、争当ITER东道国。日本文部科学省科技委员会组建的聚变研究工作组，在最后的报告中也特别强调了ITER计划的重要性。2002年5月，日本内阁通过一项决议，批准CSTP提出的ITER项目并推出ITER在日本的候选场址，提交政府间谈判。首相小泉纯一郎曾与俄、美等多国首脑联系，以求对方支持将ITER场址定在日本。
美国也曾努力促成ITER计划，积极参与组织并完成了ITER的概念设计和辅助研究开发。到20世纪90年代中后期，美国调整了聚变研究计划，国会开始大幅削减聚变研究的预算，并于1998年退出ITER计划。这一举动使得美国许多重要的聚变研究任务被迫停止，美国也因此失去了关键领域的技术优势并失去了大批优秀人才。然而，几年的停滞期使美国科技界及政府逐渐认识到需要重新评价聚变研究。2001年，美国能源政策重新将聚变能研究提到重要议程。2002年7月，在美国能源部的建议下，美国聚变界在科罗拉多州的Snowmass召开了夏季研讨会，200多位科学家除对聚变研究的一些重大问题给出了结论外，并明确提出希望美国重返ITER计划。此后，能源部的专家还赴ITER联合研究中心就该项目的成本和风险进行了调研。2003年1月，美国总统布什发表声明，宣布美国重新加入ITER计划。声明特别指出了聚变能的商业化对美国能源安全和环境的重要意义。2003年11月，经过近一年的讨论和协商，美国公布了未来20年打算建设的28个重大科技项目，其中ITER被列为最优先发展的项目。
俄罗斯作为能源大国及核大国，同时也是最早研究核聚变能的国家之一。目前，多年来筹划的世界首座国际热核实验堆（ITER）项目即将进入全面建造实施阶段。从倡导核聚变研究国际化，积极参与ITER项目前期设计，到为ITER建造做积极准备，俄罗斯在整个过程中都起到了重要作用。
ITER是一个国际项目，研究人员来自不同国家
3. 我国加入ITER计划的谈判过程和ITER谈判办公室
我国于2003年2月正式参加ITER计划谈判，并为此成立了ITER谈判办公室，由科技部牵头，会同外交部、国防科工委、中科院、核工业集团公司等部门和单位，组成中国政府代表团，参加ITER计划谈判，目前已参加了在国内外举行的不同层次的各类谈判十多次。
ITER谈判办公室是科技部委托中国科技交流中心成立的，专门组织参加ITER计划谈判的办事机构。ITER谈判办公室自成立以来，在科技部的直接领导下,承担了ITER谈判的所有具体实施工作，多次承办了与ITER计划谈判相关的国际和国内协调会议，派遣团参加有关的国际会议和国际谈判，涉及的会议有部长级会议、政府间谈判会议等。协调派遣专业人员参加核聚变领域的国际工作组并参与国外研究机构工作，协调相关单位整理、翻译、编辑和出版ITER谈判资料、技术资料以及电子文件等，为谈判工作提供经费管理和后勤保障，确保谈判工作顺利进行。
ITER的结构图
4. 我国参与ITER计划的意义
我国加入ITER计划，是一项造福中国和世界的战略决策。该决策主要有三点意义：其一，中国积极参加像ITER这样的国际科技项目，也就是对人类科技进步作出了应有的贡献。其二，全面掌握ITER设计和相关技术，不仅对我国核聚变研究的进一步发展，而且对其它某些重要领域都具有重要意义。参与ITER计划完全有可能使我国在多方面得到巨大收益。其三，作为世界上最大的发展中国家，中国对新型能源有着巨大的需求。中国参与ITER计划的最终目的是在中国建造自己的反应堆。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/26/2007) |
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