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揭秘中国可控核聚变“人造太阳”离圆梦又近一步

“人造太阳”离圆梦又近一步

——揭秘中国可控核聚变

用两三个基因点位,能否决定一个人在舞蹈、音乐甚至“领导力”“成功”这些方面的能力呢?带着这个问题,记者咨询了中科院精准基因组的专家。

在电商平台上搜索“儿童天赋基因检测”,可以看到好几页相关产品。价格从几百到几千不等,检测内容从舞蹈到美术,从运动到音乐,五花八门。检测方法也很简单,只需用拭子在口腔内壁刮一刮,把样本寄回检测中心,一周到一个月之后,就可以收到天赋基因检测报告。记者联系了其中一家基因检测公司,询问到底可以检测哪些天赋。

从苦难走向辉煌,书写民族团结进步、共同繁荣的和平篇章。各民族安定团结,是实现中华民族伟大复兴的坚实基础。82年前,生灵涂炭的悲剧、满目疮痍的痛楚,构成了中华民族共同的记忆,增进了中华民族和平的共识,燃起了中华民族奋进的壮志。爱国主义为核心的民族精神,流淌在中华儿女的血脉中,成为民族平等、团结和共同繁荣的“粘着剂”“催化剂”,迸发出追求团结统一的强大内生动力。中国特色社会主义进入新时代,意味着近代以来久经磨难的中华民族迎来了从站起来、富起来到强起来的伟大飞跃,迎来了实现中华民族伟大复兴的光明前景。国家公祭日,勿忘来时路,积淀民族记忆,记取灾难教训,用心守护南京大屠杀幸存者,深切缅怀为中国人民抗日战争胜利献出生命的革命先烈和民族英雄,扛起矢志复兴、捍卫和平的永续责任和使命。

从站起来、富起来到强起来,书写国家繁荣富强、长治久安的和平篇章。国泰民安、太平盛世,是国家孜孜以求的目标,是人民长期奋斗的理想。向往和平,所以珍视和平,捍卫和平。那段山河破碎的血泪过往,犹如中华门城墙上留下的弹孔,深深印刻在每一位中国人民心中。历史的车轮滚滚向前,中华儿女从来不是悲观主义者,痛定思痛、凝心聚力,激荡起磅礴的爱国主义豪情壮志。在中国共产党的坚强有力领导下,沐浴着改革开放春风,行走在中国特色社会主义道路上,社会主义中国巍然屹立在世界东方。国家公祭日,我们要在铭记国殇、深切缅怀中传递和平发展信念、坚定和平发展步伐。认真贯彻落实党的十九届四中全会精神,加快推进国家治理体系和治理能力现代化,深入实施新时代爱国主义教育实施纲要,培养担当民族复兴大任的时代新人,汇聚爱国伟力,赋能国家和平治理。

1965年,根据国家“三线”建设统一规划,在四川省乐山市郊区,建立了当时中国最大的核聚变研究基地——西南物理研究所,这也是中核集团核工业西南物理研究院(以下简称“核西物院”)的前身。

从“出口”上说,可控核聚变的产物为氦和中子,不排放有害气体,也几乎没有放射性污染,具有环境友好的优点。

“通过国际竞标拿到了ITER项目最核心部分的安装工程,证明我们的团队在世界上是领先的。”中核集团董事长余剑锋豪情满怀地总结道,“这也标志着我们国家在核电事业,在核能工程的建设安装方面,达到了世界先进水平。”

不仅零污染、用不完,可控核聚变还有另一个重要特点:固有安全性。许多人一想到用核能发电,就会想到切尔诺贝利核事故或者福岛核事故,从而有了“恐核”心理,谈核色变。事实上,核聚变反应需要氘氚燃料达到上亿摄氏度的高温和足够高的密度等苛刻条件,任何一点细微条件的缺失,都会导致温度密度的下降,致使聚变反应停止。

专家提醒,当我们拿到一份基因检测报告,其中关于患病风险的部分,虽然有一定的理论支持,但对于个体来说,还应当理性对待这个结果。将这份报告当做一个提示,而不是一纸判决书。

上世纪80年代,作家莫然曾造访位于108级石梯之高的荒山上的研究所。据她回忆,刚搬迁至乐山时,所里条件简陋,可谓一贫如洗。研究者缺乏住所,甚至只能睡在帐篷里。但中国可控核聚变研究的“摇篮”恰恰是诞生在这样艰苦的环境中,这离不开研究者开荒拓土、筚路蓝缕之功。正如莫然所说:“尽管研究所的房间就像山洞一样,但我们的科学家具有舍己的奉献精神,就在那样的环境中,他们制造出了‘中国环流器一号’,光设计图纸就有3层楼那样高。”

据段旭如介绍,在地球上利用核聚变能,要求在人工控制条件下等离子体的离子温度达到1亿摄氏度以上。“1亿度是什么概念?太阳的核心温度大概在1500万度至2000万度;而地球上最耐高温的金属材料钨在3000多度就会熔化。1亿度,已经超过太阳核心温度的5至6倍了。”中核集团核工业西南物理研究院特聘研究员钟武律解释说,“在地球上,没有任何材料可以把1亿度高温的等离子体给直接包裹起来。”

望子成龙,望女成凤,是每个家长的追求。如果有人告诉您,只要几毫升唾液,和几百元的检测费,就能知道您的孩子,适合学画画还是跳舞,将来会成为艺术家还是运动员,这样的人生“剧透”,您觉得靠谱么?

理想很美好,但实现起来并不容易。一个最明显的问题,就是用什么容器来承载核聚变。

从星光走向薪火,书写世界和平发展、共享美好的和平篇章。自古以来,和平是人类永恒的期盼。巴黎和平墙、美国9-11遗址纪念碑、联合国总部“打结的枪”……世界各地的战争纪念碑与和平雕塑,如同星罗棋布的和平之光,闪耀着全球人民“反对暴力、勿忘和平”的最大心声。南京,作为全球第169座,也是中国唯一一座国际和平城市,透过国家公祭日,让世界感知和平基因,向全球传递“铭记历史,珍视和平”的中国声音。南京大屠杀档案列入《世界记忆名录》、共建“一带一路”、举办第七届世界军人运动会……中国力量拾柴世界和平的薪火。和平与发展是当今时代的主题,我们要与世界各国共同谴责反人类暴行,不断壮大守护南京大屠杀惨案历史记忆、坚决捍卫世界和平的队伍,努力构建起经济、能源、文明、生态等共同繁荣发展的人类和平命运共同体。

为了保障中心柱这个高约2层楼、重约80吨的装置设备在移动过程中不受磕碰,且安装精度不超过0.1毫米偏差,二号M装置线圈团队在1个月内做了十几种方案,短短2分钟的路程,研究团队最终耗费了近9个小时才成功完成搬运。“移动中,大家像呵护宝贝一样。”项目线圈组负责人刘晓龙说,“还不错,我们成功了。”

单凭两三个基因点位,来预测用我们用一生时间去珍视与挖掘的“天赋”,确实不靠谱。同时,记者也发现,许多天赋基因的检测,被放入祖源分析、疾病风险筛查等较为成熟的基因检测项目中打包出售。那么市面上关于遗传病筛查,患病风险的基因检测项目,是否具有参考价值呢?

中国科学院精准基因组医学重点实验室主任 曾长青:任何一个性状或者疾病,你是不是发生了,它一定是遗传还有环境还有后天共同作用的结果。你有遗传风险的人呢,不一定就一定就得这个病。风险不那么高的话呢,也不意味着一点事儿没有。这一定是一个综合的作用,但是如果你要是风险比较高的话,你确实很容易被触发,你就要比较注意。

像“领导力”“成功”这样所谓的天赋,本身定义就非常模糊甚至因人而异,天赋基因检测又是如何来预测的呢?

然而,世界上仍然有许多环保机构公开指责核聚变所存在的安全隐患,包括产生核废料以及核泄漏的风险。对此,段旭如解释:“由于燃烧的氘氚等离子体被磁场约束在真空容器内,其密度比空气低数个量级,聚变堆氘氚燃料含量也较低,因此不会引起爆炸,也不会导致泄漏事故。”

当世界的可控核聚变研究如火如荼时,中国“人造太阳”的建设也没有掉队。早在1955年,钱三强和刚留美归来的李正武等科学家便提议开展中国的“可控热核反应”研究,这与国际社会关注核聚变几乎同步。

专家认为,这些性质完全不同的天赋,涉及了大量不同的基因和分子机制。要把这些搞清楚,需要同时研究很多具有同样天赋的个体。目前还没有这一类的大数据。因此,用两三个点位来判断“天赋”这一宏大的命题,无异于电子算命。而商家为了宣传,将某个基因和孩子的未来挂沟,将微弱的相关性,脑补成决定因素,以此刺激家长的消费。针对目前市场上各种夸张的宣传和层出不穷天赋新概念,专家提示,不要迷信儿童天赋基因检测的结果,更应当重视孩子自身的兴趣和后天培养的作用。

ITER组织总干事比戈说:“我们很高兴找到了高素质的积极的合作伙伴来完成这项工作。我们期待着与世界知名的行业专家合作,按时、按规格安装世界上最具挑战性、最有前途和最重要的科学设备之一。”

这位经理口中的“什么都有”可不是一句空话。目前市面上的天赋基因检测,除了运动、绘画、舞蹈、音乐等常见的“天赋”,甚至还有“领导力”“幸福感”“抗压能力”“吸取教训能力”甚至“成功”等极为抽象的能力评估。再加上“让每一个小天才赢在起跑线上”“选错兴趣,也许让天才沦为平庸”这样的广告语,句句戳在父母的心坎上,不少产品都有成百上千条购买记录和评论。而这样的天赋基因检测究竟可靠不可靠,另一家检测公司的负责人信誓旦旦的表示:非常可靠。

可控核聚变研究非常困难,难到什么程度?钟武律给我们做了一个比较:“世界上第一颗原子弹爆炸以后,不到十年核裂变就实现了和平利用,建成了核电站。科学家们想,氢弹成功以后,应该也用不了多长时间就能够实现核聚变的和平利用,实现可控核聚变。但后来的研究发现,并没有那么简单,它需要全世界的科学家一起来努力完成。”

深圳某基因检测公司业务经理:如果你查出来有天赋基因,就说明你往这个方向发展肯定是没错的。

“我国这些年磁约束聚变研究进展得益于参加ITER计划。”段旭如说,比如中国环流器二号M在设计建造过程中,通过与国际上现有托卡马克装置的交流学习,吸取了许多设计建造与运行托卡马克的成功经验。

在天赋基因检测的报告中,我们找到了一些答案。原来,每个所谓的“天赋”,都对应着一个或者几个基因点位。经过粗略统计,商家提供的检测报告中决定天赋基因位点,约有120多个,但据此判断的天赋数量,却已经延伸出了几百种不同的说法。

“既然把任务交给我们这个团队了,我们就有义务把事情做好,给中核集团、给核工业乃至国家一个交代。”中国环流器二号M装置项目经理刘永的话掷地有声。

天赋基因检测 科技突破还是市场乱象?

不过这个问题还是难不倒人类科学家,他们“无招胜有招”,想出了用强磁场来约束高温核聚变燃料的办法。但具体用什么装置来实现,还要继续探索。从20世纪50年代开始,英、美、苏等国科学家前赴后继,快箍缩、磁镜、仿星器等不同的技术路线此消彼长。竞争延续到了1960年代,最终由苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起,效果惊人,国际聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克。

中国科学院精准基因组医学重点实验室主任 曾长青:确实有很多产品,特别是关于风险的产品和检测,比如说我分析你的祖源,或者是说你想看我自己的患病风险,那你就要找正规的。这些分析结果还是很有根据的。但是天赋那个,我就不建议做了。

重庆某基因检测公司业务经理:我们现在卖的是498的,儿童天赋的。就等于儿童天赋大全,什么都有。

众所周知,石油是工业的血液。但以石油为代表的化石能源,有两个绕不开的问题:一是不可再生,二是污染。即便页岩气、可燃冰等新型能源被不断开发,但归根结底都有消耗殆尽的一天。而目前的核裂变能也存在着反应原料(铀等)有限、核废料放射性污染的问题。

中国科学院精准基因组医学重点实验室主任 曾长青:目前的这个科学进展,只能是说我们基因检测还是集中在对于疾病的研究,我们还没有集中到对于天赋的研究上边。尤其是很多家长希望孩子聪明,就刚才我说天赋,但是一个人的能力,又是由天赋加上你的后天,对不对,所以那个后天特别特别的重要。

而中国核聚变研究史上的重要里程碑,当属1984年中国环流器一号(HL-1)的建成。这是中国核聚变领域的第一座大科学装置,它为中国自主设计、建造、运行“人造太阳”培养了大批人才,积累了丰富经验。

重庆某基因检测公司业务经理:他的基因点位是这样,有一些比如像音乐是两个基因点位,体育是一个基因点位置。每个天赋一两个两三个的点位。都差不多,目前我跟你说,所有机构采取的点位都是一致的,只是报告模版不一样。

有没有一种能源,既无穷无尽,又清洁环保?还真有一个,就是可控核聚变。

本报记者 韩维正 刘乐艺

钟武律还举了核西物院研发ITER第一壁采购包半原型部件的例子。“这是中国团队承担的一份高难度任务。当时世界上满足ITER第一壁特殊材料要求的只有美国。我院的科研团队联合国内有关单位通过十多年的努力,不仅在特殊材料的制备上,而且在焊接工艺等多项技术上取得了突破,2016年成功研制的ITER超热负荷第一壁半原型部件在国际上率先通过认证,也让中国在这个技术上达到世界先进水平。”钟武律说,“目前中国承担的ITER采购包,不管是在研发进度还是在完成质量方面,都处于七方的前列。在国际聚变舞台上,中国有了更大的话语权。”

就像儿歌中所唱的,“我有一个美丽的愿望,长大以后能播种太阳”,长久以来,人类一直希望通过可控核聚变反应,来创造出“人造太阳”,从而获得源源不绝的能源,大幅改善人们的生活。

中国科学院精准基因组医学重点实验室主任 曾长青:天赋有很多种,有的是和思维有关的,有的是记忆力的,有的是运动能力,运动能力还有长跑和短跑,这个机制也是不一样的。所谓天赋基因,它本身指的一定是特别复杂的基因。我们叫复杂性状,什么叫复杂性状呢,比如说你这个身高,控制你身高的这个基因有很多,我们知道有一些位点会影响身高,但是它那个贡献率可能是很低的,是毫米级的,你通过这个就能预测这个孩子未来能不能长到像姚明那样,我觉得这个还没有那么成熟。

对中国可控核聚变实力的认可,还在不断升级。2019年9月30日,ITER主机安装一号合同在北京签约,由中核集团牵头的中法联合体中标该工程。这个工程安装的是ITER装置最重要的核心设备,其重要性相当于核电站的反应堆、人体里的心脏。这是有史以来中国企业在欧洲市场中标的最大核能工程项目合同。

“国行公祭,法立典章。铸兹宝鼎,祀我国殇。永矢弗谖,祈愿和平。中华圆梦,民族复兴。”今年是新中国成立70周年,7万羽和平鸽在天安门广场展翅高飞,翱翔在新时代的和平蓝天,见证着伟大祖国日益昌盛。一年一度的国行公祭,我们要铭记历史、牢记使命、砥砺奋进,让和平的阳光照耀大地,让正义的力量永驻人间。(曾俊嘉)

从“进口”上说,可控核聚变所需的反应原料(氘原子和氚原子),在地球上非常丰富。氘在海水中储量极大,1公升海水里提取出的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量;而氚可通过中子与锂反应生成,在地壳和海水中,锂都是大量存在的。

两三个基因点位 “剧透”不了人生

于是就有了2006年国际热核聚变实验堆(ITER)计划的签署。由中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度七方参与,计划在法国南部普罗旺斯地区共同建造一个世界上最大的托卡马克装置。ITER是目前全球影响最深远且最大的国际合作项目之一,也是中国以平等身份参加的最大国际科技合作项目。其中,中国承担了大概9%的采购包研发任务。

万物生长靠太阳。今天支撑人类社会运转的几乎一切能源,从煤、石油、天然气,到风能、生物能,其本质都是太阳能,而太阳上的能量来自内部的核聚变反应。

作为一个历经多年研制的实验项目,中国环流器二号M精细的部件工艺很多都是前无古人的创造。就像在装置设备“真空室”中,许多细小的误差是现有检测仪器所无法感知的,很多时候甚至需要自主开发新的检验设备,因为连尘埃般大小的缺陷都会影响最终的实验结果。

就在前不久,中国核工业集团宣布,新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”,预计于2020年投入运行。中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如表示,该实验装置的建成将为人类真正掌握可控核聚变提供重要技术支撑。我们距离“人造太阳”的梦想,又近了一步。

“核聚变能一旦实现和平利用,地球上的能源将取之不尽用之不竭,因能源短缺带来的社会问题可得到彻底解决,人们的生活水平也将因此而得到极大提高。”段旭如说,像海水淡化、星际飞船这类工程,过去因耗能太大而令人们犹豫不决,而未来在可控核聚变能的支持下,都将能够更快发展。

而预计2020年投入运行的“中国环流器二号M”装置将成为中国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验研究装置,其等离子体体积为中国现有装置的2倍以上,离子温度将达到1亿摄氏度以上,可将电流从中国现有装置的1兆安培提高到3兆安培。

基因检测不是患病“判决书”

从此,中国磁约束聚变一步步从无到有,从小到大,从弱到强。1995年中国第一个超导托卡马克装置HT-7在合肥建成;2002年中国建成第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置中国环流器二号 A(HL-2A);2006年,世界上第一个全超导托卡马克装置东方超环(EAST)首次等离子体放电成功……