封面新聞?dòng)浾?張崢

在南海北部灣，坐落著中國(guó)最南端的核電基地——海南昌江核電站，作為海南一號(hào)能源工程，它每年為海南省提供90億到100億度電的清潔能源保障，約占海南全省用電總量的1/3。

文化和旅游部確定53家單位為國(guó)家工業(yè)旅游示范基地，海南省昌江核電科普教育基地成為其中之一。

(資料圖)

2022年底，中國(guó)首個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的核能供熱項(xiàng)目——“浙江海鹽核能工業(yè)供熱示范項(xiàng)目”在浙江省海鹽縣正式建成投用。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，將能為當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)提供24小時(shí)熱能供應(yīng)保障，年工業(yè)供熱約28.8萬(wàn)吉焦，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放約2.4萬(wàn)噸。

2022年底，核聚變研究首次實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”——美國(guó)NIF實(shí)現(xiàn)激光聚變點(diǎn)火，幾乎成為眾多科技榜單上的年度十大新聞。

而在歐洲，當(dāng)今世界最大的大科學(xué)工程國(guó)際科技合作計(jì)劃之一——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER），也在進(jìn)行著核聚變研究。

核能正成為一種面向未來(lái)的能源。想想，未來(lái)如果你家的供電、供暖來(lái)自核能……

中國(guó)“人造太陽(yáng)”內(nèi)部。新華社圖

核能 面向未來(lái)的能源

“裂變是一個(gè)較重的核分裂成兩個(gè)較輕的核，聚變是把兩個(gè)較輕的核結(jié)合成一個(gè)較重的核。但聚變過(guò)程所釋放的能量往往是裂變的數(shù)倍?！彼拇ù髮W(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所教授、博士生導(dǎo)師胡智民告訴封面新聞。

目前得到普遍應(yīng)用的核能是裂變能，從原理上看，核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的基礎(chǔ)，進(jìn)而完成核能—熱能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程。裂變反應(yīng)中，通過(guò)吸收多余中子，維持中子數(shù)量平衡，裂變反應(yīng)的速度能夠得到控制，核裂變能就可以穩(wěn)定釋放。目前核電站采用的就是這種技術(shù)，“華龍一號(hào)”即為其代表。

2022年，中國(guó)自主三代核電“華龍一號(hào)”示范工程第2臺(tái)機(jī)組——中核集團(tuán)福清核電6號(hào)機(jī)組正式具備商運(yùn)條件。至此，中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”示范工程全面建成投運(yùn)。

作為中國(guó)核電走向世界的“國(guó)家名片”，“華龍一號(hào)”是當(dāng)前核電市場(chǎng)接受度最高的三代核電機(jī)型之一，是我國(guó)在總結(jié)30余年核電科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)設(shè)計(jì)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果。

福清核電5、6號(hào)兩臺(tái)機(jī)組業(yè)主單位為中國(guó)核電下屬福清核電，“華龍一號(hào)”研發(fā)設(shè)計(jì)總體單位和工程總承包單位為中核工程。其中，5號(hào)機(jī)組創(chuàng)造了全球三代核電首堆建設(shè)的最佳業(yè)績(jī)。中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”示范工程全面建成后，兩臺(tái)機(jī)組年發(fā)電能力近200億度，相當(dāng)于每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗624萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放1632萬(wàn)噸，相當(dāng)于植樹造林1.4億棵，對(duì)于助力實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。

華龍一號(hào)

中國(guó)核電“出?！?/p>

世界上其他百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組的燃料棒都是157核，華龍一號(hào)多了20核。如果把核電站比作一個(gè)鍋爐房，那么核反應(yīng)堆就好比煤堆，是產(chǎn)生能量的基本燃料。煤堆里放多少蜂窩煤也許無(wú)關(guān)緊要，但核反應(yīng)堆的堆芯里放多少燃料棒就是個(gè)學(xué)問(wèn)了。從“157堆芯”到“177堆芯”，不是隨意增減幾盒燃料那么簡(jiǎn)單，而是整個(gè)反應(yīng)堆的堆芯系統(tǒng)都要重新設(shè)計(jì)。

“177這個(gè)獨(dú)特的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，造就了華龍一號(hào)能夠走向世界?！比A龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師劉昌文見證了近年來(lái)我國(guó)核電發(fā)展的歷程，這一設(shè)計(jì)不僅可使核電機(jī)組的發(fā)電功率得到5%至10%的提升，同時(shí)也提高了核電站的安全性。

在“華龍一號(hào)”研發(fā)設(shè)計(jì)以及示范工程建設(shè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了包括反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件等核心設(shè)備在內(nèi)的411臺(tái)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，共獲得700余件專利和120余項(xiàng)軟件著作權(quán)，覆蓋了設(shè)計(jì)技術(shù)、專用設(shè)計(jì)軟件、燃料技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)等領(lǐng)域。

同時(shí)，作為中國(guó)高端制造業(yè)走向世界的“國(guó)家名片”，中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈5300多家企業(yè)發(fā)展，為我國(guó)高端裝備制造業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和轉(zhuǎn)型升級(jí)機(jī)遇。

2021年5月20日，巴基斯坦卡拉奇2號(hào)核電機(jī)組FCD正式投入商業(yè)運(yùn)行，意味著“華龍一號(hào)”走出國(guó)門，正式落地巴基斯坦。而隨著技術(shù)的開發(fā)成熟，CAP1400機(jī)組也已成為我國(guó)真正具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立出口權(quán)的三代核電技術(shù)。

根據(jù)規(guī)劃，到2030年沿線國(guó)家將新建107臺(tái)核電機(jī)組，共計(jì)新增核電裝機(jī)1.15億千瓦，新增裝機(jī)占中國(guó)之外世界核電市場(chǎng)的81.4%。中核集團(tuán)與阿根廷核電公司簽署了阿查圖3號(hào)、4號(hào)兩臺(tái)機(jī)組的總合同；中廣核集團(tuán)則分別與捷克能源集團(tuán)、羅馬尼亞國(guó)家核電公司、法國(guó)電力集團(tuán)等簽訂了合作協(xié)議。

中國(guó)核電出海，未來(lái)可期。

核聚變反應(yīng)模擬圖。新華社圖

核聚變 科學(xué)家寄予厚望的突破

2022年12月13日，美國(guó)能源部宣布，當(dāng)今世界上最大的慣性約束核聚變裝置NIF實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)火，并實(shí)現(xiàn)凈增益，這個(gè)人類面臨的最艱巨的科學(xué)挑戰(zhàn)之一實(shí)現(xiàn)從0到1的突破。

“就這次點(diǎn)火而言，它最大的意義并不是產(chǎn)生了多少能量，而是這個(gè)產(chǎn)生的能量實(shí)現(xiàn)了凈增益。這意味著聚集人類最頂尖的智慧才實(shí)現(xiàn)的從0到1的突破，一旦從實(shí)驗(yàn)室走向大眾，一旦投入和平使用，那么解決可持續(xù)的能源供給，減少因?yàn)闋?zhēng)奪能源而發(fā)生的戰(zhàn)爭(zhēng)可能就不再是夢(mèng)了?！?/p>

NIF使用的環(huán)空器，用于裝核聚變?nèi)剂?。NIF資料圖

與慣性約束核聚變獲得能量的方式不同，磁約束核聚變也是獲取能量的方式之一?！澳壳拔覈?guó)的慣性約束聚變裝置的總體規(guī)模和性能位列亞洲第一，世界第二，是僅次于美國(guó)NIF的存在。我們國(guó)家在該領(lǐng)域有著長(zhǎng)期的積累和人才儲(chǔ)備?！焙敲窀嬖V封面新聞?dòng)浾摺?/p>

“如果我們的核聚變?nèi)〉昧酥卮笸黄疲娏?、石油價(jià)格將會(huì)大幅的下降。我們從一升海水當(dāng)中提取出的原料用于產(chǎn)生核聚變反應(yīng)，可以滿足我們從北京開到海南2000多公里所需要消耗的能量?！敝泻思瘓F(tuán)核工業(yè)西南物理研究院副研究員李波如是說(shuō)。

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（簡(jiǎn)稱“ITER”：International Thermonuclear Experimental Reactor）計(jì)劃是當(dāng)今世界最大的大科學(xué)工程國(guó)際科技合作計(jì)劃之一，也是迄今我國(guó)以平等身份參加的規(guī)模最大的國(guó)際科技合作計(jì)劃。

2007年10月，ITER國(guó)際組織成立，總部設(shè)在法國(guó)南部圣寶萊·杜朗茲。

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）

ITER裝置是運(yùn)用磁約束核聚變方式，一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克，俗稱“人造太陽(yáng)”，其目標(biāo)是驗(yàn)證和平利用聚變能的科學(xué)與技術(shù)可行性。ITER計(jì)劃吸引了包括中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)七個(gè)成員方共三十多個(gè)國(guó)家共同參與。我國(guó)作為ITER計(jì)劃的七個(gè)平等成員方之一，承擔(dān)ITER建設(shè)階段9.09%和運(yùn)行、退役階段10%的經(jīng)費(fèi)，享有ITER計(jì)劃100%的技術(shù)成果使用權(quán)。

按照與實(shí)物1比20的比例建造的核聚變“ITER托卡馬克裝置”模型。新華社圖

“利用核聚變能，應(yīng)該說(shuō)是給人類文明的發(fā)展提供更多想象的空間，讓能源的來(lái)源有了一個(gè)更好的選擇。說(shuō)核聚變能是清潔的能源，是因?yàn)橄鄬?duì)于火電站的碳排放、裂變電站的核廢料處理等棘手的問(wèn)題，它的產(chǎn)物是阿爾法粒子和中子，我們可以利用聚變產(chǎn)物中子的能量來(lái)發(fā)電，所以它是相對(duì)清潔的能源。聚變所需要的氫同位素我們又可以從海水中提取，可以說(shuō)是無(wú)窮無(wú)盡的資源。它必將是一種人類可以持續(xù)利用的清潔能源?！焙敲裾雇?。

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