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先进小型模块化反应堆、第四代核能系统以及热核聚变堆是全球先进核能技术研发焦点,是各国抢占先进核能技术制高点的关键领域。七部门日前联合印发的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》明确提出,聚焦核能、核聚变、氢能、生物质能等重点领域,打造“采集一存储一运输一应用”全链条的未来能源装备体系。
当前,我国核聚变研发进展如何?如何高效利用研发资源开展技术攻关?小型堆产业化还需补齐哪些短板?两会期间,全国政协委员、中核集团聚变堆核电站技术分领域首席专家段旭如就上述问题向《中国能源报》记者作出解答。
中国能源报:目前我国核聚变研发整体进展如何,在国际上处于什么水平?
段旭如:我国自参加国际热核聚变实验堆(ITER)计划以来,相关科研实力得到了极大提升,在聚变科研方面培养了一批具有国际视野的人才,建成了多座国际先进的研发平台,核聚变技术已从过去的跟跑到并跑,到部分技术达到国际领先水平。
近年来,我国核聚变技术不断取得突破。在装置运行方面,东方超环首次实现403秒的长时间高约束模运行,国内当前规模最大、参数能力最高的新一代人造太阳“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流高约束模运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,标志我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。
当前,我国正积极筹划在聚变实验堆前尽快开展氘氚燃烧等离子体实验,以夯实氘氚运行科学和技术基础,加快向实验堆工程阶段迈进。同时,我国聚变堆关键技术研发也取得一系列重要进展。在聚变堆“点火”所需的外部加热技术方面,研发的射频负离子源中性束实现单级加速电压超160KV,平均束流密超270A/m2,技术指标国际领先。在聚变堆涉核关键技术方面,我国ITER产氚包层系统率先通过ITER设计评审,制造出全球首个全尺寸聚变堆产氚包层验证模块,率先完成ITER增强热负荷第一壁全尺寸原型件认证,并发布全球首项核聚变领域国际标准。2023年,中方牵头实施的ITER托卡马克主机安装第一阶段任务圆满完成,并得到ITER组织高度肯定。可以说,目前我国核聚变研发整体水平已处于国际第一方阵。
中国能源报:核聚变作为未来产业备受市场关注,目前国内参与研发资源较多,如何有效利用这些资源,加快核聚变产业高质量发展?
段旭如:我国开展核聚变能研发已有60多年的历史,特别是通过深度参与ITER计划及我国政府对核聚变能源开发的重视,国内一批企业、科研机构、高校在核聚变装置科研、工程建设、聚变实验堆部件制造及大科学工程管理等方面培养了人才,积累了经验。近年来,核聚变研究屡获突破,核聚变能开发正进入宝贵战略机遇期。
多个国际组织及国家越来越认识到,核聚变作为气候和能源安全解决方案的重要性,正加快核聚变能的研发、示范和商业部署。核聚变作为未来产业备受市场关注,除了长期深耕该领域的相关科研机构、中央企业、高校,近年来国内部分民企以及民间资本也积极参与核聚变技术研发,为聚变能的开发注入新的活力。为有效利用这些资源,在国家层面需制定聚变能发展路线,明确近中远期应攻克的核心关键技术,以便对资源的投入与布局进行针对性的引导。
目前,面对实现核聚变能源应用所亟待解决的一批关键技术挑战,无论是人才还是研发资源都尚需加强,而且需新建工程难度大、投资高的关键研发平台,这都需要国家统筹布局,充分发挥新型举国体制优势,协调好现有优势科研团队力量,有效集中人才与资源集智创新。其中,应充分发挥中央企业的科技创新主体作用,同时鼓励民营企业积极参与可控核聚变研发,形成开放包容、优势互补的新局面。依托企业在工程设计、材料生产、装备制造等领域的产业赋能优势,通过组建产业联盟等方式,打通科研机构、企业等构成的创新链存在的“堵点”,助推产学研协作效率的提升,推动聚变堆关键技术攻关与产业转化,推进我国核聚变产业高质量发展。
中国能源报:作为我国核能产业的重要组成部分,小型堆长期面临“无规可依”局面,随着首个小堆示范工程加快建设和后续产业化推进,小堆是否需要更健全的法规标准?
段旭如:小堆因其系统设备简化、选址灵活、投资少,以及可根据用户需求灵活设计和配置等诸多优势,近年越来越受到核能行业的关注,不但是热电冷三联供的理想热源,还可以实现核能制氢、海水淡化等用途,推广小型堆的多用途利用已成为业界共识。
但目前,针对小堆在项目审批、安全审查、核事故处理、应急补救措施、安全防护等方面的法规标准体系尚不完善,存在较多空白。如果直接套用大型反应堆的法规标准体系,将造成冗余设计过多,无法反映小堆自身的优势,反而会制约小堆的发展。另外,小堆的选址与建造通常与目标用户距离较近,因而受到公众的更大关注。因此,需要制定并完善适用于小堆的安全监管法规及相关标准体系,促进小堆项目评审落地,推动小堆产业的高质量发展。
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