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罗德隆等:创新理论指导实践,加快发展聚变能源
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文/罗德隆 单子津 赵文


      党的十八大以来,党中央、国务院高度重视大科学计划和大科学工程。2014年习近平总书记在国际工程科技大会上指出:“我们要通过加强国际工程科技合作,相互借鉴,相互启发,推动工程科技进步和创新,应对人类共同挑战,实现各国共同发展。”改革开放40多年来,中国参与了国际热核聚变实验堆计划、人类基因组计划、伽利略计划等一大批反映当代工程科技前沿的重大科技工程,对中国经济社会发展和工程科技进步起到了重要的促进作用。
      2016年国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中提出,围绕增强原始创新能力,培育重要战略创新力量。持续加强基础研究,全面布局前瞻部署,聚焦重大科学问题,提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程,力争在更多基础前沿领域引领世界科学方向,在更多战略性领域实现率先突破。2018年国务院正式印发《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》。2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出,积极促进科技开放合作。实施更加开放包容、互惠共享的国际科技合作战略,更加主动融入全球创新网络。主动设计和牵头发起国际大科学计划和大科学工程。2021年,习近平总书记在两院院士大会和中国科协第十次代表大会上指出,我国科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升,科技创新取得新的历史性成就。基础研究和原始创新取得重要进展。基础研究整体实力显著加强,化学、材料、物理、工程等学科整体水平明显提升。在量子信息、干细胞、脑科学等前沿方向上取得一批重大原创成果。成功组织了一批重大基础研究任务,新一代“人造太阳”首次放电,“雪龙2”号首航南极等。
开放交流是探索科学前沿的关键路径
       习近平总书记非常重视中国聚变能源与国际热核聚变实验堆(ITER)计划工作,在2016年国家“十二五”科技创新成就展中亲临“中国聚变能源开发与ITER计划”展项,听取中国聚变能源和ITER计划的工作汇报。2017年,习近平总书记在阿斯塔纳世博会上亲自将“中国聚变能源开发与ITER计划”展项介绍给时任哈萨克斯坦总统纳扎尔巴耶夫。2020年,习近平总书记向国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装仪式致贺信。
      习近平总书记指出,科学无国界,创新无止境。国际科技合作对于应对人类面临的全球性挑战具有重要意义。国际热核聚变实验堆计划承载着人类和平利用核聚变能的美好愿望,计划实施以来,中方始终恪守国际承诺,中国企业和科研人员勇挑重担,与国际同行齐心协力,为计划的顺利推进贡献了中国智慧和中国力量。十多年来的积极探索和实践充分证明,开放交流是探索科学前沿的关键路径。


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国际热核聚变实验堆(ITER)等离子体腔室装配

参与ITER治理,展现中国智慧


      国际热核聚变实验堆(ITER)计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程,由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国7方在法国建造一个托卡马克型电站级别的聚变实验堆,探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性。2006年我国正式签约加入该计划,这是我国以平等伙伴身份参加的最大的国际大科学工程计划。中国国际核聚变能源计划执行中心是我国执行该计划的机构。
      为了深度参与ITER治理,充分展现中国智慧、中国方案和中国力量,考虑到两年一次的管理评估对ITER管理团队的管理执行模式和思路具有极大的影响力,中方组织国内管理评估团队成功争取到2015—2016年度的ITER计划管理评估任务。利用中方轮值财务审计委员会主席的机会,中国国际核聚变能源计划执行中心邀请国家审计署境外审计司时任副司长胡学文代表中方担任2016—2017年度计划财务审计委员会主席,有效增强了中方对计划管理的影响力。中方多次在ITER计划管理层面对进度、风险、资源管理、人员绩效管理、沟通管理、质量管理和全球运输管理等方面提出了多项建设性的核心建议,被ITER组织及各方成员高度认可,并作为管理制度予以实施。
      2022年3月,中方圆满完成ITER理事会中方轮值主席工作,为ITER计划平稳进入主机装配阶段作出重要贡献。对照实现第一等离子体(即首次放电)任务目标,ITER计划总体完成率由中方轮值主席上任之初的67.3%提升至2021年年底的75.8%。对于项目基准更新、放射性废物临时存储等ITER计划当前所面临的棘手问题,提出中方的解决方案,得到广泛好评。
      在参与ITER计划时,我国进一步加强了磁约束核聚变领域的双边、多边国际科技合作,并与欧、美、日、韩等成员方签署了核聚变领域的双边合作执行协议议定书。仅中欧双边聚变合作于2016—2018年期间就确定了95项合作计划,涉及国内15家单位和欧盟13家单位参与合作交流。我们向全世界的科学家开放像EAST、HL-2A这样的聚变装置实验平台,每年接待上千人次的外国科学家来华或以线上的形式开展联合实验。


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ITER装置示意图


“中国是ITER项目建设真正的典范”


      中国信守国际承诺,承担多项重要任务并按时、按需交付完成,展示了大国形象。目前中方承担的ITER部件及系统研发制造任务总体完成率为81.7%。中方积极协调ITER组织和外部专家,合力解决补偿和协助中方磁体相关采购包和气体注入系统采购包设计优化和变更等问题。
2008年中方指出ITER电源原设计方案存在设计和安全风险,并提出新的设计方案,最终被ITER组织批准实施。目前ITER所有的电源方案,均采用中国的设计方案。ITER全套磁体支撑系统完全由中方独立建造,中方在建立极低温材料力学认证测试与评价体系、特殊环境焊接技术、特殊尺寸异形锻件及紧固件等领域均实现了技术突破。2015年完成的环向场导体是ITER装置的核心关键部件之一,我国实现了低温超导股线100%国产化、产品质量100%满足要求,带领我国超导线材研发能力和工业化生产能力达到国际一流水平。
      中方通过国际投标承接了本应由欧盟方完成的PF6制造任务。“PF6线圈”是目前世界上研制成功的重量最大、难度最高的超导磁体,成为世界上第一个交付的ITER极向场线圈。法国原子能委员会聚变研究所所长阿兰·贝库莱在一次采访中表示,中国是ITER项目中最有活力、最值得信赖的成员之一,不仅完成了自己的任务,还能帮助其他成员完成任务份额。
       中国企业与法国企业组成竞标联合体,成功中标并承担TAC1安装标段工程,该工程是ITER托卡马克装置最重要的核心设备安装工程,其重要性相当于核电站的反应堆、人体的心脏。这是一个“新材料、新技术、新工艺”的“三新”工程,是有史以来中国企业在欧洲市场竞标的最大核能工程项目合同,也是中国首次以工程总承包形式成功参与的国际大科学工程项目。为确保ITER建设如期推进,中国工程安装团队在疫情最严峻时期“逆行”法国,与“中法联合体”携手共进,共克时艰,打赢ITER项目建设首个攻坚战。
      ITER组织总干事称:“迄今,中国一直按时、按需交付创新型的特定组件,中国是ITER项目建设真正的典范。”

带动多项技术创新与产业升级

      党的十九大确立了到2035年跻身创新型国家前列的战略目标,党的十九届五中全会提出要坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。科技立则民族立,科技强则国家强。世界科技强国竞争,比拼的是国家战略科技力量。国家科研机构、高校、科技领军企业都是国家战略科技力量的重要组成部分。通过承担ITER中方采购包制造任务和参加国家磁约束核聚变能发展研究专项(以下简称“核聚变专项”),国内近百家企业进行了技术创新与产业升级,形成了具有自主知识产权的核心技术成果。通过承担ITER项目,西部超导公司掌握了超导股线规模化制造技术,以此为基础开发的高端核磁共振成像(MRI)专用NbTi超导线,已成功进入国际高端MRI市场;南通申海集团的电镀创新技术填补了国内核电行业电镀硬铬产品的空白。科研院所自主研制的特殊焊接、真空绝缘等关键设备,成功申请了近百项专利,形成了聚变相关的产业链创新链。逐步形成我国磁约束核聚变领域的整套技术标准化体系和知识产权体系。2021年,首项核聚变领域ISO国际标准成功立项,全国核能标准化技术委员会核聚变分技术委员会获批成立。目前,已发布核聚变领域国家标准4项,行业标准3项。核聚变专项标准中文版发布72项,英文版发布20项。
      ITER计划国内研发以核聚变专项的形式组织实施。重点支持ITER相关关键技术研发、我国磁约束核聚变能装置和关键技术研发、核聚变能前沿基础研究、高水平科学和工程技术人才培养等领域,在核聚变专项十多年来的支持下,国内核聚变能源研究得以快速发展,国内的EAST和HL-2M实验装置进入国际先进行列,部分成果跃居国际领先水平,我国成为首个TBM概念设计的国家,完成中国聚变工程实验堆总体概念设计研究,聚变能源开发相关领域自主创新能力和产业化水平得到明显提升,涌现出一批在国际上有影响力的聚变科学和工程技术人才,实现了国家战略科技力量高水平的科技自立自强。
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ITER装置施工现场(2022年4月)

聚变人才的培养得到迅速提升

      我国要实现高水平科技自立自强,归根结底要靠高水平创新人才。培养创新型人才是国家、民族长远发展的大计。我国正努力造就一批具有世界影响力的顶尖科技人才,稳定支持一批创新团队,培养更多高素质技术技能人才、能工巧匠、大国工匠。我国自加入ITER计划以来,特别是四部委联合发文实施聚变人才培养计划以来,我国聚变人才的培养得到迅速加强,每年在磁约束聚变研究领域的研究生培养规模基本稳定在600人左右,目前已初步形成一支稳定且有一定水平的核聚变能研发和工程技术队伍,极大提升了我国磁约束核聚变研发领域的自主创新能力。通过参加ITER计划,我国培养了一批具有全球视野,懂国际组织运行规则的国际大科学工程的专业管理队伍,还培养了6位两院院士及数名国家杰出青年科学基金获得者。在向ITER组织推送中方职员方面,中方通过开展一系列积极有效的人才培养和推送策略,目前,ITER组织正式职员1044人,中方有89人,占比8.5%,居于除东道方欧盟以外的六方之首。

大科学计划助力“双碳”目标实现

      国际大科学计划和大科学工程(以下简称“大科学计划”)是人类开拓知识前沿、探索未知世界和解决重大全球性问题的重要手段,是一个国家综合实力和科技创新竞争力的重要体现。牵头组织大科学计划作为建设创新型国家和世界科技强国的重要标志,对于我国增强科技创新实力、提升国际话语权具有积极深远意义。
       一方面,在借鉴ITER经验的基础上,我国提出牵头组织国际核聚变示范堆计划方案建议,注重在大科学计划发起、组织、建设、运行和管理等方面进行系统创新,完善科技资源合作及共享机制,吸引部门、地方共同参加,加强科技界与产业界协作。
      另一方面,我国将根据国际核聚变能发展趋势、磁约束核聚变能研发现状及未来商业化应用前景,面向能源需求,谋划我国磁约束核聚变能发展战略及路线图,助力“双碳”目标实现,成为绿色低碳转型和高质量发展的成功实践者,为人类应对气候变化,构建人与自然生命共同体作出巨大贡献,把一个清洁美丽的世界留给子孙后代。(作者单位:中国国际核聚变能源计划执行中心)



责任编辑:李晨炜   来源:《国际人才交流》2022年8期


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