2024年5月4日发(作者：)
ITER
计划国际大科学工程工作进展
何开辉
，
罗德隆
，
王
敏
，
陶强
，
于
芳，庞
博
（
中国国际核聚变能源计划中心
，
北京
100037
）
摘要
：
ITER
计划是我国参加的最大的大科学工程国际合作项目
。
本文通过
ITER
组织最新管理结构
、
工程
■
制造
，
并以一个核心制造任务
（
PF6
）
和一个核心安装任务
（
TAC1
）
描述了
ITER
计划国际上的总体进展
;
并以中方采购包制造任务进展
、
国内核聚变专项研发进展和我国磁约束核聚变双多边国际合作情况描述了
我国磁约束核聚变能研发最新进展
。
关键词
：
ITER
；
国际大科学工程
；
进展
中图分类号：
TL64
文献标志码
：
A
文章编号
：
1674-1617
（
2020
）
06-0736-05
The
Latest
Progress
of
ITER
International
Mega-Science
Project
HE
Kai-hui,
LUO
De-long,
WANG
Min,
TAO
Qiang,
YU
Fang,
PANG
Bo
(China
International
Nuclear
Fusion
Energy
Program
Execution
Center
,
Beijing
100037,
China)
Abstract
:
The
ITER
project
is
the
largest
mega-scientific
international
cooperation
project
that
China
has
partic
I
ipated
in.
In
this
paper,
the
international
progress
of
ITER
project
is
described
through
ITER's
latest
manage
ment
structure,
Engineering
manufacturing
,
and
in
particular
with
one
core
manufacturing
mission
(PF6)
and
one
core
assembly/installation
mission
(TAC-1)
.
The
latest
development
of
R&D
on
China's
magnetic-con
finement
fusion
(MCF)
energy
is
also
described
in
terms
of
the
progress
of
China's
ITER
procurement
package
manufacturing
task
,
the
progress
of
domestic
special
R&D
program
and
China's
bilateral
and
multilateral
inter-
naionalcooperationon
MCF.
Key
words
:
ITER
；
international
mega-scientific
project
；
progress
CLC
number
：
TL64
Article
character
：
A
Article
ID
:
1674-1617
(2020)
06-0736-05
1
ITER
计划总体进展
国际热核聚变实验堆
（
ITER
）
计划是规模
仅次于国际空间站的大科学工程国际合作计划
，
中国
、
欧盟
、
印度
、
日本
、
韩国
、
俄罗斯
、
美国
得到理事会批准后
，
总干事提出
ITER
计划从工
程
/
制造为重点的制造阶段向装配
、
安装和建造
阶段转变
，
并根据现阶段任务重心提出了新的治
理架构
，
主要包括
：
（
1
）
建造施工部
（
CNST
）
：
现阶段的核心部门
，
负责
IO
与各成员方执行机
构
（
DA
）
—
起完成
2025
年第一等离子体
七方三十多个国家共同参与
ITER
装置的建造和
下一步实验运行
，
其目标是验证和平利用核聚变
能的科学和工程技术可行性
，
为下
一步核聚变能
源商业化应用探索道路鉴于其原理的相似
（
2025FP
）
所需设备
/
部件的制造
/
质量
/
经费
/
进
度
/
交付和安全存储
，
以及设备
/
部件的装配
、
安
装直至调试准备就绪
。
主要工作包括
ITER
主
机
、
托卡马克综合楼和现场设施的组装和安装
。
CNST
由主机建造司
、
堆工建造司和施工管理办
性
，
受控核聚变能又被称为
“
人造太阳
”
，
是全
球核聚变人一代代接力奔跑
，
致力于照亮人类未
来的理想终极能源
。
1.1
ITER
国际组织最新管理结构概况
ITER
国际组织
（
IO
）
成立于
2007
年
10
月
，
公室组成
。
（
2
）
科学运行部
（
SCOP
）
：
该部门致
力于与国际聚变界的科学和技术单位
、
专家接
洽
，
负责调试和联调
2025FP
运行所需的设备
/
第三任暨现任总干事伯纳德
•
比戈
（
Bernard
Bigot
）
的新一届任期从
2020
年
3
月开始
。
去年
收稿日期
:
2020-10-24
部件和系统
；
负责已经在
ITER
现场安装的所有
设备和系统的运行
、
保存和维护
。
SCOP
参与国
作者简介
：
何开辉
（
1972
）
,
男
,
四川营山人
,
研究员
,
博士
,
核能科学与工程方向
，
现从事
ITER
计划项目管理和中方采购包工
程管理工作
（
E-nail
：
****************
）
。
736
Art
人造太阳
际托卡马克物理活动
、
激励
ITER
科学家成员网
络
、
ITER
运行网络和访问学者计划等活动
。
SCOP
设科学
、
控制与运行司
，
下设科学处
、
控
设备的要求
。
（
4
）
事业管理部
（
CORP
）
：
该部门
为
ITER计划提供支撑和资源协调
，
包括财务资
源
、
人力资源
、
信息技术资源和外部供应资源
，
并按照
ITER
理事会批准的章程负责项目绩效管
制处和运行处
。
（
3
）
工程管理部
（
ENGN
）：
该
部门主要负责系统集成和设计固化
。
它与各方
DA
一起通过分阶段方法
，
负责
2025FP
后至
理
。
CORP
由项目控制办公室
、
财务与采购司
、
人力资源司和信息技术处组成
。
除了以上四个部
外
，
ITER
组织还专门设立了安全和质量司
、
总
干事办公室及内部审计处
，
独立向总干事汇报工
作
。
图
1
是
ITER
组织最新管理结构
，
已于
2020
年
1
月
1
日起正式实施
。
2035
年满聚变功率运行期间所需安装的设备
/
部
件的设计与制造的持续工程活动
。
在未来几年
，
其主要工作范围除了整个项目的配置管理
、
设计
和施工
、
物理和功能集成
，
还包括固化设计
、
监
督制造
、
配合
2025FP
至满聚变功率期间所运行
图
1
ITER
国际组织最新管理结构
Fig.
1
ITER
organizational
structure
(from
1
s
Jan.
2020)
1
・
2
ITER
国际组织项目管理进展
IO
和各方
DA
致力于实现
2025FP
，
通过优
化建造施工策略
（
RCS
）
，
科学监控项目进度
，
稳步推进项目实施
。
长期以来
，
项目自身各方面
的复杂性及众多关键部件首次研制
（
Firstofa
制造交付以及楼宇建设
、
现场施工
、
主机安装方
面均取得了重大进展
，
展现了
“
同一个
ITER
”
（
“
One
ITER
Tam
”
）
的团结协作精神
。
2020
年
6
月
，
总干事在第二十六届理事会
（
IC-26
）
会议上全面汇报了
RCS
实施进展
、
各
方取得的突破性进展
，
以及实现
2025FP
相关任
务可能面临的困难和挑战②
。
报告指出
，
ITER
Kind
，
FOAK
）
的特性为项目推进和进度控制带
来了持续的
、
前所未有的挑战
。
特别是新冠肺炎
疫情
（
COVID-19
）
在全球范围的蔓延更对
ITER
项目的实施产生了直接和间接的影响
，
IO
及各成员方政府
、
执行机构以及采购包制造任务
项目实现
2025FP
的相关任务完成率近
70%
。
部
件制造及现场施工方面均取得了关键进展
：
托卡
马克大厅与装配大厅之间的重型吊装机械工程已
承担单位均受到不同程度的波及
。
面对不利局
势
，
在理事会轮值主席
、
科技部核聚变中心罗德
隆主任的全面指导下
、
伯纳德
・
比戈总干事的统
于
2020
年
3
月完成
；
由韩国承担的首个真空室
（
VV#6
）
部件已于
2020
年
5
月完成制造工作
，
并于
7
月运抵
ITER
现场
；
环向场线圈（
TFC
）
方面
，
日本及欧盟各自承担的首个部件
（
#12
、
#9
）
均已于
4
月交付运抵
ITER
现场
，
日本承
737
筹协调下
，
ITER
项目上下团结协作
、
紧密配合
，
在
ITER
理事会关键里程碑
（
ICM
）
、
FOAK
部件
担的第二个部件
（
#13
）
也已完成制造任务并启
运
；
极向场线圈
（
PFC
）
方面
，
由中科院等离子
体物理研究所
（
ASIPP
）
通过国际竞标承担的欧
盟
6
号部件
（
PF6
）
也已于
6
月顺利运抵
ITER
现场
。
这些里程碑进度位于项目关键路径上
，
绝
大部分都是
FOAK
部件首个交付
，
对掌握规律
,
提振信心意义重大
。
这些瞩目成绩的取得体现了
ITER
成员方政
府的持续支持
、
IO
和各方
DA
“
疫中
”
的顽强拼
搏以及设计
、
制造
、
生产
、
测试
、
检验
、
包装
、
运输
、
交付
、
存储全链条项目生命周期
（
PLM
）
管理能力
。
技术瓶颈的不断攻克
，
各方面经验的
积累
，
使得项目进度的成熟度
、
项目管理水平显
著提高
。
然而
，由于个别成员方现金贡献拖欠
、
个别产品质量问题的持续涌现
,
以及
COVID-19
的深度影响
，
必将对项目总进度
、
总经费带来较
大的不确定性
。
这需要
IO
与各方
DA
更加紧密
合作
，
直面疫情影响
，
力挽狂澜
，
继续在采购包
部件制造和施工装配方面集中全部力量
，
在严格
的技术要求下使项目保持强劲推进的势头
，
努力
实现项目早日竣工
。
1.3
PF6
线圈进展
2020
年
6
月
26
日
,
ASIPP
承接的
ITER
极
向场
6
号超导线圈
（
简称
“
PF6
线圈
”
）
运抵
ITER
现场
。
PF6
线圈主要功能是建立
ITER
装
置所需的强磁场约束等离子体位形
，
属于极具有
技术挑战性的任务之一
，
其外径
11.5
m,
高
2.
5
m
，
总重近
400
t,
是关系
ITER
装置正常运
行的最重要线圈之一
,
也是目前国
际上研制
成功
的重量最大
、
难度最高的超导磁体
。
该采购包最
初由欧盟承担
，
但由于研制生产严重超期
，
经
IO
认可
,
2013
年紧急组织对
PF6
线圈研制生产
任务进行国际招标
。
最终
，
ASIPP
竞标成功
,
实现了我国承接
ITER
大型超导线圈项目制造的
最初意愿
。
同时
，
中方国内单位通过公开竞标方
式承接其他成员
方实物贡献项目
的做法
，
也开创
了
ITER
计划实施期间成员方间任务合作的新
模式
。
在
PF6
线
圈
生
产
制
造
期
间
，
等
离
子
体
所
面
对诸多技术风险
、
严苛的产品测试要求以及
CO
VID-19
全球大流行等特殊情况
，
坚持对产品技
术
、
质量的极致追求
，
齐心协力
、
从严要求
，
所
有关键制造工艺及部件全面实现国产化
，
一次性
通过
ITER
国际组认证
，
制造合格率达到
100%
。
最终
，
PF6线圈生产制造的圆满完成和顺利交
738
付
,
为实现
ITER
计划
2025FP
奠定了重要基础
,
也让
“
中国方案
”
和
“
中国制造
”
更加深入地应
用于国际大科学工程管理中
。
同时
，
我国也藉此
掌握了大型超导磁体制造的系
列核心技术
，
成功
打破技术壁垒
，
发展和完善了国内聚变工程领域
超导磁体的制造标准及相关规范
，
为我国未来工
程聚变堆超导磁体研发奠定了坚实的工程实践基
础
，
也进一步拓展了中欧核聚变能源领域合作的
深度和广度
。
1.
4
TAC-1
安装进展
经过艰苦努力
，
中核集团中国核电工程有限
公司牵头的中法联合体
（
包括中核二三公司
、
核
工业西南物理研究院
、
等离子体所和法国法马通
公司
）
依靠强大的技术实力成功中标并于
2019
年
9
月与
ITER
国际组织签订
ITER
主机安装一
号合同
（
TAC-1
）
。
这为我国进入欧洲核能领域
的工程建造市场提供了良好契机
，
也为我国后续
自主建造聚变反应堆奠定了基础
。
ITER
作为目前世界上最大的聚变反应堆实
验工程
，
是典型的
“
新材料
、
新技术
、
新工艺
”
的
“
三新
”
工程
，
其复杂程度和技术难度都超过
了已经大量建造运行的裂变反应堆
。
TAC-1
安
装工程没有可借鉴的成熟经验
，
其重大的技术挑
战包括大尺寸和
/
或大重量部件吊装
、
高真空或
超高真空部件安装
、
超导部件装配和连接等
。
TAC-1
安装标段工程是
ITER
托卡马克装置最重
要的核心设备安装工程
，
其重要性相当于核电站
的反应堆
、
人体的心脏
，
主要工作是为杜瓦结构
的安装以及杜瓦结构和真空容器之间所有系统的
安装
。
杜瓦底座是
ITER
托卡马克装置
“
心脏
”
安装工作的第一个重大组件
，
是托卡马克装置所
有重要设备的基础
，
承担着重要安全屏障的作
用
，
其安装精度
、
进度都对主体结构及重要部件
安装产生重要影响
，
属于
ITER
项目进度中的
“
黄金节点
”
，
是
TAC-1
第一个重要工程节点
。
除了技术上的难度
，
还不得不面对突如其来的疫
情考验
，
在严峻挑战下
，
中法联合体一手抓疫情
防控
，
一手抓安全生产
，ITER
重达
1250
t
的杜
瓦底座于
2020
年
5
月
28
日平稳落位于托卡马克
装置基坑内临时支撑上
，
杜瓦底座吊装工作圆满
完成
，
正式拉开了
ITER
主机安装的序幕
。
伯纳
德
•
比戈总干事在吊装现场的讲话中再次重申了
杜瓦底座吊装的重要意义
，
并充分肯定了此次吊
装的各项准备工作
。
在
IC-26
上
,
理事会主席和
各方政府代表团团长都对包括杜瓦底座成功安装
在内的重大项目进展表示祝贺并赞赏在总干事统
筹协调下为推进项目实施的艰辛努力
！
2020
年
7
月
28
日
,
ITER
计划重大工程安装启动仪式隆重
召开
，
习近平总书记在贺信中指出
：
国际热核聚
变实验堆计划承载着人类和平利用核聚变能的美
好愿望
，
计划实施以来
，
中方始终恪守国际承
诺
，
这个企业和科研人员勇挑重担
，
与国际同行
齐心协力
，
为计划的顺利推进高效率中国智慧和
中国力量
。
十多年来的积极探索和实践充分证
明
，
开放交流是探索科学前沿的关键路径
。
2
ITER
计划专项国内进展
2007
年
,
国务院批准设立
ITER
计划专项
,
代表我国对外履行
ITER
计划
《
联合实施协定
》
的承诺和对内开展磁约束核聚变能源研发的双重
任务
。
2.1
ITER
计划中方采购包进展
截至2020
年上半年
，
环向场超导导体
、
矫
正场及磁体馈线超导导体
、
极向场线圈超导导体
和高压变电站材料四个采购包已完成所有生产和
交付任务
。
总体来看
，
中方采购包合同采购高峰
期已过
。
功能型采购包设计工作陆续完成
，
部分
已启动制造与集成任务的采购
。
其中辉光放电
（
GDC
）
采购包临时电极和电源及控制系统和气
体注入
（
GIS
）
采购包阀门箱及控制系统两个功
能型采购包的初步设计评审已完成
，
并进入最终
设计评审阶段
；
诊断采购包也处于类似阶段
。
处
于认证和生产准备阶段的任务不多
，
仅矫正场线
圈
、
馈场线圈和第一壁采购包有这方面任务
。
在
制造交付方面
，
今年仍处于高峰阶段
：
馈场线
圈
、
磁体支撑
、
电源变压器和安装辅件
、
GIS
复
合管道和诊断等采购包持续交付中
。
馈场线圈
采
购包是结构复杂
、
类型繁多
，
目前处于制造和交
付的中坚阶段
；
矫正场线圈采购包持续开展制造
和验收
，
并于
9
月开展启运仪式
；
磁体支撑
（
GS
）
采购包总体制造任务完成
90%
〜
95%,
预
计年内交付完毕
；
屏蔽模块
（
SB
）
持续开展锻
件制造和模块加工制造工作
。
在采购包制造任务
实施过程中
，
有个别采购包受中美芯片禁运影
响
，
制造和测试任务晚于预期
，
但最终靠自主研
发完成了制造任务
。
由于
ITER
计划的
FOAK
特性
，
中方多个采购包时常出现设计变更
，
导致
项目进度的不确定
。
中方采购包任务总体实际完
成量达到
71.
24%
。
十多年来
，
中方
ITER
计划稳步实施
，
得到
Art
人造太阳
ITER
组织和部分成
员
方的
高
度
认可
。
中
方开
展
了一系列研发创新
，
攻克了很多关键技术难关和
卡脖子技术
，
积累了大量的生产制造经验
，
带动
了众多产业规模化发展
，
在很多领域填补了国内
空白
，
缩小了与世界发达国家之间的差距
，
还为
各领域培养了大批人才
，
提升了国际竞争力和综
合国力
。
通过知识产权的积累和核聚变专项标准
的制定
，
为我国下一步自主研究聚变堆奠定了坚
实的基础
。
2.2
ITER
计划国内研究专项进展
ITER
计划国内研究专项的目标
，
不仅要使
我国能在
ITER
装置建成后掌握其主要技术
，
又
要在运
行
阶
段
有
效
参
加
ITER
装
置
上
的
实
验
研
究
，
还要加强聚变物理基础研究和人
才培养
，
以
期能逐步独立开展核聚变能示范堆的设计和
研发
。
在国内研究方面
,
以
ITER
计划专项为例
,
从
2008
年中心成立以来
，
支持的国内磁约束聚
变研发项目多达
160
个
，
总经费约
52
亿
。
来自
中科院等离子体物理所
、
核工业西南物理研究
院
、
中国科技大学
、
中国工程物理研究院
、
华中
科技大学等
48
家科研院
所
、
高
等
院
所和
企
业
累
计承担了
600
多个课题研究任务
。
加入
ITER
计划以来
，
我国在磁约束核聚
变
、
等离子体物理科学
、
实
验
、
工程和材料技
术
方面得到了全面发展
。
在等离子体辅助加
热和
电
流驱动模拟
，
边界等离子体理论和模拟
，
等离子
体湍流输运和不稳定性研究
，
计算机模拟程序
开发等方面取得了长足进展
；
在高负载遥操作
样机制备
、
中性束注入
、
全钨偏滤器研制等方
面实现了开创性的突破
；
在材料工程领域
，
我
国导体采购包中的低温超导股线实现
100%
国
产
化
，
研
发能
力
和
工
业
化
生
产
国
际
领
先
，
第
一
壁使用的高纯铍材制造技术与美国同处于国际
领先水平
。
针对未来可持续发展能源战略
，
科技部组织
专家提出了
“
中国磁约束聚变研究发展路线图
”
。
基于
ITER
技术路线
，
并在此基础上实现实验
堆示范堆原型堆的技术跨越
，
目标在
21
世
纪
30
年代
，
建成
200
MW
的中国聚变工程实验
堆
（
CFETR
）
3
：
,
与
ITER
形成互补
，
将是世界
首个可以发电的聚变工程示范堆
，
重点围绕聚变
堆稳态运行和氚自持等未来聚变堆最重要的科学
技术问题开展科学实验
；
在
21
世纪
40
年代完成
中国聚变工程实验堆升级
，
开展
1000
MW
的稳
739
态示范堆相关的科学工程实验研究
；
在
21
世纪
50
年代开展中国聚变示范原型堆的建设和科学
工程实验研究
，
为独立自主的发展一条适合我国
国情的聚变能发展计划奠定坚实的科学技术
基础
。
CFETR
设计工作开始于
2011
年
，
磁约束聚
变堆总体设计组的
统筹协调
下于
2014
年完
成了
工程概念设计
。
目前
，
正在开展
CFETR
工程设
计
，
并完成了相关的热室
、
建筑布局
、
厂房结构
和基建设计
。
与
ITER
相比
，
CFETR
在科学问
题上主要解决燃烧等离子体的稳态控制
、
氚的循
环与自持
、
聚变能输出等
ITER
未涵盖而未来聚
变电站必需的内容
；
在工程技术与工艺上重点研
究聚
变
堆
材
料
、
聚
变
堆
包
层
及
聚
变
能
发
电
等
ITER
不能开展的工作
。
2017
年
11
月
“
ITER
十
年回顾与展望会
”
上
，
来自
20
多个国家的
40
多
位国际磁约束核聚变专家联合签署了
《
北京聚变
宣言支持中国聚变能源发展
》
，
支持中国牵头
建设中国聚变工程实验堆
CFETR
。
《
宣言
》
称
:
过去十年中国核聚变事业不断拓展且飞速进步
,
这得益于中国政府的大力支持和中国核聚变学界
的不懈努力以及活跃的国际合作
。
中国正在发展
一个雄心勃勃的计划
CFETR
,
旨在建起
ITER
和未来核聚变电厂之间的桥梁
。
CFETR
将为世
界提供关键的能力
，
以开发和实验未来商用电厂
所需的关键元素
。
十年来
，
我们锻炼了一支具有国际化视野的
工程技术人才队伍
，
锤炼了一支具有国际大科学
工程管理能力的专业人才队伍
，
磨炼了一支深谙
国际交流谈判的国际化人才队伍
。
在国际职员方
面
，
经过十年的不懈努力
，
ITER
组织中方职员
由初期的
16
名增至现在的
85
名
，
跃居除欧盟外
六方之首
。
国际职员比例由早期的
4%
稳步曾至
目前的
9.4%,
远超排名第二位的美国近
4
个百
分点
。
中方职员遍及
ITER
组织所有部门
，
是支
撑
ITER
国际组织日常运行的重要力量
。
这也进
一步说明了我们国内和国际人才培养两手抓取得
了实际效果
。
聚变产业的系统化发展离不开配套标准体系
建设
。
2008
年开始
，
我国开展了核聚变专项标
准研究工作
，
并建立了核聚变标准体系
。
2017
年以来已正式发布了两批
40
多项核聚变采购包
专项标准
。
目前标准编制意向多达
100
项
，
国家
核能标准化委员会核聚变分委会的建立呼之
欲出
。
740
2.3
磁约束核聚变领域双边多边国际合作
进展
我国在磁约束核聚变能研发国际合作方面成
效显著
。
中国先后与美国
、
日本
、
韩国
、
ITER
组织
、
欧盟
、
俄罗斯
、
法国签署了核聚变双边多
边合作协议
，
同时还加入了国际能源署多个实施
协议
。
中国在国际核聚变界的主流国际会议中扮
演着举足轻重的角色
，
中国声音响彻国际舞台
！
2020
年
，
中方担任
ITER
理事会轮值主席
,
一方面以担任
ITER
理事会轮值主席为契机积极
深度参与
ITER
国际组织治理和项目管理
，
提升
管理能力和水平
，
为我国牵头组织国际大科学工
程和大科学计划积累经验
。
同时
，
持续加强国内
核聚变研发力度
，
以
CFETR
为基础
，
践行中国
磁约束聚变能发展路线图
，
按部就班推进下一步
示范堆和原型堆的建设
。
3
结束语
ITER
计划欲实现的核聚变能具有资源丰
富
、
环境友好等特点
，
是解决人类社会共同面临
的能源问题
、
环境问题和社会可持续发展的理想
终极能源
，
然而
ITER
计划的国际性
、
工程性和
复杂性决定了其前进道路的曲折性
。
经过十多年
的参与和实施
，
我国以此为契机提升了国际组织
治理能力
，
发展了国内学科研究
，
培养了
人才队
伍
，
大力促进了工业企业的发展
，
解决了众多卡
脖子技术和关键核心技术
，
为我国科技强国的创
新目标注入强大的动力
。
2020
年
7
月
28
日
ITER
计划重大工程安装
启动仪式上
，
习近平总书记贺信中强调
：
当前
,
全球正面临新冠肺炎疫情带来的严峻挑战
，
人类
比以前任何时候都更需要携手前行
、
共克时艰
。
中方愿意继续同各方加强科研交流合作
，
合力
突
破重大关键科学和技术
，
推进全球科技创新
，
为
增进各国人民福祉
、
实现全球可持续发展不断做
出新贡献
。
我们聚变人将按照总书记的要求
，
持
续做好
ITER
计划下一步工作
，为实现中国梦
,
践行人类命运共同体理念而继续努力
。
参考文献
：
[1]
ITER
计划联合实施协定
[S]
.
[2]
ITER
组织第二十六届理事会系列文件
[S]
.
[3]
中国聚变工程实验堆
（
CFETR
）
系列设计文件[S]
.
（
责任编辑
：
高树超
）
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