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          羅德隆等:創新理論指導實踐,加快發展聚變能源
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          文/羅德隆 單子津 趙文


                黨的十八大以來,黨中央、國務院高度重視大科學計劃和大科學工程。2014年習近平總書記在國際工程科技大會上指出:“我們要通過加強國際工程科技合作,相互借鑒,相互啟發,推動工程科技進步和創新,應對人類共同挑戰,實現各國共同發展。”改革開放40多年來,中國參與了國際熱核聚變實驗堆計劃、人類基因組計劃、伽利略計劃等一大批反映當代工程科技前沿的重大科技工程,對中國經濟社會發展和工程科技進步起到了重要的促進作用。
                2016年國務院印發的《“十三五”國家科技創新規劃》中提出,圍繞增強原始創新能力,培育重要戰略創新力量。持續加強基礎研究,全面布局前瞻部署,聚焦重大科學問題,提出并牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程,力爭在更多基礎前沿領域引領世界科學方向,在更多戰略性領域實現率先突破。2018年國務院正式印發《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》。2021年《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出,積極促進科技開放合作。實施更加開放包容、互惠共享的國際科技合作戰略,更加主動融入全球創新網絡。主動設計和牽頭發起國際大科學計劃和大科學工程。2021年,習近平總書記在兩院院士大會和中國科協第十次代表大會上指出,我國科技實力正在從量的積累邁向質的飛躍、從點的突破邁向系統能力提升,科技創新取得新的歷史性成就。基礎研究和原始創新取得重要進展。基礎研究整體實力顯著加強,化學、材料、物理、工程等學科整體水平明顯提升。在量子信息、干細胞、腦科學等前沿方向上取得一批重大原創成果。成功組織了一批重大基礎研究任務,新一代“人造太陽”首次放電,“雪龍2”號首航南極等。
          開放交流是探索科學前沿的關鍵路徑
                 習近平總書記非常重視中國聚變能源與國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃工作,在2016年國家“十二五”科技創新成就展中親臨“中國聚變能源開發與ITER計劃”展項,聽取中國聚變能源和ITER計劃的工作匯報。2017年,習近平總書記在阿斯塔納世博會上親自將“中國聚變能源開發與ITER計劃”展項介紹給時任哈薩克斯坦總統納扎爾巴耶夫。2020年,習近平總書記向國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃重大工程安裝儀式致賀信。
                習近平總書記指出,科學無國界,創新無止境。國際科技合作對于應對人類面臨的全球性挑戰具有重要意義。國際熱核聚變實驗堆計劃承載著人類和平利用核聚變能的美好愿望,計劃實施以來,中方始終恪守國際承諾,中國企業和科研人員勇挑重擔,與國際同行齊心協力,為計劃的順利推進貢獻了中國智慧和中國力量。十多年來的積極探索和實踐充分證明,開放交流是探索科學前沿的關鍵路徑。


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          國際熱核聚變實驗堆(ITER)等離子體腔室裝配

          參與ITER治理,展現中國智慧


                國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃是當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程,由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國7方在法國建造一個托卡馬克型電站級別的聚變實驗堆,探索和平利用聚變能發電的科學和工程技術可行性。2006年我國正式簽約加入該計劃,這是我國以平等伙伴身份參加的最大的國際大科學工程計劃。中國國際核聚變能源計劃執行中心是我國執行該計劃的機構。
                為了深度參與ITER治理,充分展現中國智慧、中國方案和中國力量,考慮到兩年一次的管理評估對ITER管理團隊的管理執行模式和思路具有極大的影響力,中方組織國內管理評估團隊成功爭取到2015—2016年度的ITER計劃管理評估任務。利用中方輪值財務審計委員會主席的機會,中國國際核聚變能源計劃執行中心邀請國家審計署境外審計司時任副司長胡學文代表中方擔任2016—2017年度計劃財務審計委員會主席,有效增強了中方對計劃管理的影響力。中方多次在ITER計劃管理層面對進度、風險、資源管理、人員績效管理、溝通管理、質量管理和全球運輸管理等方面提出了多項建設性的核心建議,被ITER組織及各方成員高度認可,并作為管理制度予以實施。
                2022年3月,中方圓滿完成ITER理事會中方輪值主席工作,為ITER計劃平穩進入主機裝配階段作出重要貢獻。對照實現第一等離子體(即首次放電)任務目標,ITER計劃總體完成率由中方輪值主席上任之初的67.3%提升至2021年年底的75.8%。對于項目基準更新、放射性廢物臨時存儲等ITER計劃當前所面臨的棘手問題,提出中方的解決方案,得到廣泛好評。
                在參與ITER計劃時,我國進一步加強了磁約束核聚變領域的雙邊、多邊國際科技合作,并與歐、美、日、韓等成員方簽署了核聚變領域的雙邊合作執行協議議定書。僅中歐雙邊聚變合作于2016—2018年期間就確定了95項合作計劃,涉及國內15家單位和歐盟13家單位參與合作交流。我們向全世界的科學家開放像EAST、HL-2A這樣的聚變裝置實驗平臺,每年接待上千人次的外國科學家來華或以線上的形式開展聯合實驗。


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          ITER裝置示意圖


          “中國是ITER項目建設真正的典范”


                中國信守國際承諾,承擔多項重要任務并按時、按需交付完成,展示了大國形象。目前中方承擔的ITER部件及系統研發制造任務總體完成率為81.7%。中方積極協調ITER組織和外部專家,合力解決補償和協助中方磁體相關采購包和氣體注入系統采購包設計優化和變更等問題。
          2008年中方指出ITER電源原設計方案存在設計和安全風險,并提出新的設計方案,最終被ITER組織批準實施。目前ITER所有的電源方案,均采用中國的設計方案。ITER全套磁體支撐系統完全由中方獨立建造,中方在建立極低溫材料力學認證測試與評價體系、特殊環境焊接技術、特殊尺寸異形鍛件及緊固件等領域均實現了技術突破。2015年完成的環向場導體是ITER裝置的核心關鍵部件之一,我國實現了低溫超導股線100%國產化、產品質量100%滿足要求,帶領我國超導線材研發能力和工業化生產能力達到國際一流水平。
                中方通過國際投標承接了本應由歐盟方完成的PF6制造任務。“PF6線圈”是目前世界上研制成功的重量最大、難度最高的超導磁體,成為世界上第一個交付的ITER極向場線圈。法國原子能委員會聚變研究所所長阿蘭·貝庫萊在一次采訪中表示,中國是ITER項目中最有活力、最值得信賴的成員之一,不僅完成了自己的任務,還能幫助其他成員完成任務份額。
                 中國企業與法國企業組成競標聯合體,成功中標并承擔TAC1安裝標段工程,該工程是ITER托卡馬克裝置最重要的核心設備安裝工程,其重要性相當于核電站的反應堆、人體的心臟。這是一個“新材料、新技術、新工藝”的“三新”工程,是有史以來中國企業在歐洲市場競標的最大核能工程項目合同,也是中國首次以工程總承包形式成功參與的國際大科學工程項目。為確保ITER建設如期推進,中國工程安裝團隊在疫情最嚴峻時期“逆行”法國,與“中法聯合體”攜手共進,共克時艱,打贏ITER項目建設首個攻堅戰。
                ITER組織總干事稱:“迄今,中國一直按時、按需交付創新型的特定組件,中國是ITER項目建設真正的典范。”

          帶動多項技術創新與產業升級

                黨的十九大確立了到2035年躋身創新型國家前列的戰略目標,黨的十九屆五中全會提出要堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位,把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐。科技立則民族立,科技強則國家強。世界科技強國競爭,比拼的是國家戰略科技力量。國家科研機構、高校、科技領軍企業都是國家戰略科技力量的重要組成部分。通過承擔ITER中方采購包制造任務和參加國家磁約束核聚變能發展研究專項(以下簡稱“核聚變專項”),國內近百家企業進行了技術創新與產業升級,形成了具有自主知識產權的核心技術成果。通過承擔ITER項目,西部超導公司掌握了超導股線規模化制造技術,以此為基礎開發的高端核磁共振成像(MRI)專用NbTi超導線,已成功進入國際高端MRI市場;南通申海集團的電鍍創新技術填補了國內核電行業電鍍硬鉻產品的空白。科研院所自主研制的特殊焊接、真空絕緣等關鍵設備,成功申請了近百項專利,形成了聚變相關的產業鏈創新鏈。逐步形成我國磁約束核聚變領域的整套技術標準化體系和知識產權體系。2021年,首項核聚變領域ISO國際標準成功立項,全國核能標準化技術委員會核聚變分技術委員會獲批成立。目前,已發布核聚變領域國家標準4項,行業標準3項。核聚變專項標準中文版發布72項,英文版發布20項。
                ITER計劃國內研發以核聚變專項的形式組織實施。重點支持ITER相關關鍵技術研發、我國磁約束核聚變能裝置和關鍵技術研發、核聚變能前沿基礎研究、高水平科學和工程技術人才培養等領域,在核聚變專項十多年來的支持下,國內核聚變能源研究得以快速發展,國內的EAST和HL-2M實驗裝置進入國際先進行列,部分成果躍居國際領先水平,我國成為首個TBM概念設計的國家,完成中國聚變工程實驗堆總體概念設計研究,聚變能源開發相關領域自主創新能力和產業化水平得到明顯提升,涌現出一批在國際上有影響力的聚變科學和工程技術人才,實現了國家戰略科技力量高水平的科技自立自強。
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          ITER裝置施工現場(2022年4月)

          聚變人才的培養得到迅速提升

                我國要實現高水平科技自立自強,歸根結底要靠高水平創新人才。培養創新型人才是國家、民族長遠發展的大計。我國正努力造就一批具有世界影響力的頂尖科技人才,穩定支持一批創新團隊,培養更多高素質技術技能人才、能工巧匠、大國工匠。我國自加入ITER計劃以來,特別是四部委聯合發文實施聚變人才培養計劃以來,我國聚變人才的培養得到迅速加強,每年在磁約束聚變研究領域的研究生培養規模基本穩定在600人左右,目前已初步形成一支穩定且有一定水平的核聚變能研發和工程技術隊伍,極大提升了我國磁約束核聚變研發領域的自主創新能力。通過參加ITER計劃,我國培養了一批具有全球視野,懂國際組織運行規則的國際大科學工程的專業管理隊伍,還培養了6位兩院院士及數名國家杰出青年科學基金獲得者。在向ITER組織推送中方職員方面,中方通過開展一系列積極有效的人才培養和推送策略,目前,ITER組織正式職員1044人,中方有89人,占比8.5%,居于除東道方歐盟以外的六方之首。

          大科學計劃助力“雙碳”目標實現

                國際大科學計劃和大科學工程(以下簡稱“大科學計劃”)是人類開拓知識前沿、探索未知世界和解決重大全球性問題的重要手段,是一個國家綜合實力和科技創新競爭力的重要體現。牽頭組織大科學計劃作為建設創新型國家和世界科技強國的重要標志,對于我國增強科技創新實力、提升國際話語權具有積極深遠意義。
                 一方面,在借鑒ITER經驗的基礎上,我國提出牽頭組織國際核聚變示范堆計劃方案建議,注重在大科學計劃發起、組織、建設、運行和管理等方面進行系統創新,完善科技資源合作及共享機制,吸引部門、地方共同參加,加強科技界與產業界協作。
                另一方面,我國將根據國際核聚變能發展趨勢、磁約束核聚變能研發現狀及未來商業化應用前景,面向能源需求,謀劃我國磁約束核聚變能發展戰略及路線圖,助力“雙碳”目標實現,成為綠色低碳轉型和高質量發展的成功實踐者,為人類應對氣候變化,構建人與自然生命共同體作出巨大貢獻,把一個清潔美麗的世界留給子孫后代。(作者單位:中國國際核聚變能源計劃執行中心)



          責任編輯:李晨煒   來源:《國際人才交流》2022年8期


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