张魁（左一）在实验室与团队成员进行技术探讨。
“难道你还想改变这世界？”
“我想试试。”
这是中国影史票房冠军《哪吒之魔童闹海》里的经典对白。
这何尝不是我国可控核聚变科研团队的精神镜像？
可控核聚变，顾名思义，是可控的、能够持续进行的核聚变反应。由于其近乎无限、清洁且安全的特性，被视为人类终极能源解决方案。
6月初，华为首席执行官任正非在接受《人民日报》采访时表示：“人工智能也许是人类社会最后一次技术革命。当然，可能还有能源的核聚变。”这给本已火热的可控核聚变又添了一把火。
陕西作为科教大省，在可控核聚变领域有何动作？6月17日，记者走进西安交通大学核科学与技术学院探访。软科全国排名第一的王牌专业——核工程与核技术就出自这里。
“核聚变是通过较轻的原子核聚合反应生成较重的原子核，并释放出巨大能量。太阳之所以能发光发热，就是因为其内部持续进行着核聚变反应。”西安交通大学核科学与技术学院副教授张魁说，“太阳可以依靠其巨大的质量产生强大的引力场，将氢气压缩到极高的温度和密度，从而实现核聚变。但在地球上，我们无法复制这种条件。”
张魁告诉记者，托卡马克装置是目前最成熟、最具发展潜力的磁约束聚变装置类型。在全球绝大多数国家的聚变研究计划中，使用托卡马克装置都是首选方案。该装置依照太阳内部核聚变原理设计，依靠氢的同位素氘、氚聚变形成氦原子的过程释放能量，因此常被称为“人造太阳”。
托卡马克装置由真空室、磁体系统、感应线圈、加热系统、包层与第一壁、冷却屏蔽结构以及高精度控制与诊断平台等关键系统组成。张魁所在的西安交通大学核反应堆热工水力研究室团队，20余年来聚焦包层系统，进行了长期攻关。
“包层是聚变堆内的核心部件，主要承担氚增殖、能量传输、辐射屏蔽、边界约束等功能，在聚变能量利用、自持、安全、运行等方面均有重要意义，且包层是聚变堆中承受热负荷与辐射冲击最强的区域，其结构完整性与安全性能直接关系到聚变装置的可持续运行。”张魁说。
近10年来，团队依托国家重点研发计划及中国科学院合肥物质科学研究院、中核集团核工业西南物理研究院课题支持，在聚变堆包层多维时空能量沉积与热工安全分析领域取得系列成果：研制了高精度多种类宽范围聚变堆材料热物性与热工水力模型数据库ThePHD，研发了聚变堆包层三维全尺寸时空多场耦合分析技术和聚变堆包层系统设计基准事故复杂热工安全分析技术。
看似简单的三项突破，实则饱含团队“板凳要坐十年冷”的艰辛。“团队共有14人，成员大多为90后。我们也清楚，这项工作短期内可能看不到重大成果产出，但可控核聚变本身就是一场需要几代人接力的‘长跑’。我们愿意‘跑’好前人没做过、也暂时看不到光的那一段。”张魁说。
聚变堆包层三维全尺寸时空多场耦合分析技术，是关乎包层设计的核心技术。面对国际热核聚变堆和我国自主设计的聚变工程实验堆对包层设计结构提出的严苛要求，团队开启了长达5年的“技术长征”。
“项目开展初期，包层部件频繁出现局部过热、应力集中等难题。为突破技术瓶颈，团队成员在实验室支起架子床，轮流值守大型计算集群，对上百种不同的设计结构进行组合优化，创新性地将等离子体输运、中子学、热工水力与结构力学耦合，自主开发出全尺寸包层多场耦合分析平台PLANTS。”张魁说。
1000多个日夜的奋战，团队最终建立了包层等离子体-核-热-力多物理场耦合分析方法，结合等离子体真实服役工况建立了聚变堆包层结构优化方案，解决了一些传统设计方案存在的技术缺陷。
除此之外，团队研制的数据库集纳了物性、材料、模型等大量数据，为相关机构开发包层设计软件奠定了基础；研发的基准事故复杂热工安全分析技术未雨绸缪，假想包层系统出现事故的各种情况，依靠具有自主产权的聚变堆氦冷固态包层系统瞬态安全分析软件TSACO，解决聚变堆包层设计基准事故复杂进程精确预测难题。
目前，团队成果已应用于国内多家聚变相关科研院所，为我国磁约束聚变堆包层设计和安全分析提供支持参考。
“可控核聚变是一个非常复杂的系统，我们每一个参与者都是这个复杂系统中的‘螺丝钉’。”张魁说，经过科学家70余年的努力，可控核聚变点火发电迎来了曙光：
5月初，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主设计的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目总装正式启动，首次演示聚变能发电，引领燃烧等离子物理研究；
5月底，中核集团核工业西南物理研究院建造的新一代人造太阳“中国环流三号”同时实现等离子体电流100万安培、离子温度1亿摄氏度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积达到10的20次方量级，创下我国聚变装置运行新纪录，标志着中国聚变快速挺进燃烧实验。
“核聚变能源有望开启人类文明的全新篇章。我们将继续传承和弘扬西迁精神，面向国家重大需求，聚焦聚变堆包层领域相关研究，持续助力我国核聚变领域科技创新和人才培养。”西安交通大学核科学与技术学院院长、教授田文喜说。（记者 霍强文/图）
编辑：王瑜
