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《瞭望》聚焦合肥“科学岛”

发表时间: 2019-09-11

  2018年8月29日,科研人员正在对EAST装置内部进行检查 马启兵/摄

  在这座被称为“科学岛”的地方,集结着一群献身科研的人,他们以探索、开发清洁高效的核聚变能为最终目的,40余年来,一直进行着聚变工程技术攻关和物理实验研究。有“人造太阳”之称的全超导托卡马克(EAST)核聚变实验装置屡创世界纪录,使我国的稳态磁约束聚变研究走在国际前列。

  一个闪闪发亮的巨型圆环被装在一个约等于三层楼高的大型装置中,外观看来像一个硕大的煤炉,装置上端,是一面鲜艳的五星红旗。

  这便是等离子体所的“镇所之宝”——全超导托卡马克大科学装置。其使命是不断地“模仿”太阳,如同一个高温高压的热熔炉。太阳的光和热来源于氢的两个“同胞兄弟”——氘和氚在聚变成一个氦原子过程中释放出的能量。而“人造太阳”终极目标,是让海水中大量存在的氘在高温条件下像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。

  20世纪50年代初期,苏联科学家提出托卡马克的概念。在俄语中,托卡马克是由“环形”“真空”“磁”“线圈”几个词组合而成,依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场,将极高温等离子体状态的聚变物质约束在环形容器里,以此来实现聚变反应。

  1978年9月,中国科学院批准成立“等离子体物理研究所”。所里用生活物资换来苏联退役的设施,从零起步开展超导工程研究,先后建成常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M,以及我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”HT-7。

  1998年,EAST正式立项,并被冠以“东方超环”的名字,暗含着科研人员对热核聚变研究从并跑到领跑的期望。但项目起步时并不被业界看好。等离子体所常务副所长宋云涛彼时还是个小伙子,他第一次出国求学,提及正在建设的EAST,他的外国导师直摇头,说“中国不可能建成‘东方超环’,你们不具备这个技术”。

  “我还没有出生的时候,中国的卫星已经上天了,我们有几代人为了这个梦想在不停地追求、奋斗,所以它一定会实现。”宋云涛的回答斩钉截铁。

  万元熙院士带领团队发扬“没有条件创造条件也要上”的精神,在简陋的实验室内成功制造出关键部件和设备,整个项目自研率达90%以上。

  2006年1月,EAST实现电子温度超过5000万摄氏度,两年后又实现电子温度1亿摄氏度等离子体运行,而太阳核心的温度也不过1500万摄氏度。EAST热得越来越久。2006年,首次等离子体放电成功,时长仅仅3秒;2017年7月,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。

  “越向它奔跑,离得越近,它就越像太阳。”一位年轻的科研人员告诉《瞭望》新闻周刊记者。

  国际聚变能大会,是核聚变领域的奥林匹克。像宋云涛这样的中国学者,曾经是无缘进场的。而今,等离子体所已连续10年被大会特邀做主题报告;这一领域的国际顶级杂志,连续多年都以封面故事形式介绍等离子体所年度研究工作。越来越多双眼睛在关注这颗来自岛上的“太阳”。

  由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方30多个国家及地区共同合作的国际热核聚变实验堆(ITER)计划,目的是通过建造反应堆级核聚变装置,验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术可行性,把“人造太阳”从梦想变为现实。中国在其中承担9%的研发任务,而中国任务中的73%由等离子体所承担。

  此刻,等离子体所的车间内,世界上单体规模最大的超导磁体ITER极向场六号线正在紧张地进行最后的总装,再过一段时间,这个超级磁体将从“科学岛”出发,远赴法国。

  极向场六号线是ITER计划的重要核心部件。它的外径超过10米,总重量达到400吨,是目前世界上单体规模最大,也是我国首次生产的高规格大型超导线圈。等离子体所ITERPF6项目负责人沈光告诉本刊记者,这个线圈本应由欧盟承担,但是中国团队在国际竞标中拔得头筹。

  据他介绍,ITER对PF6线圈提出的要求相当苛刻:超导线摄氏度、本港台开奖现场结果,抗辐射、耐高压3万伏以及高力学性能需求,还要保证绝缘体内无任何可见杂质、气泡、裂纹等缺陷。对于一个400吨的大家伙来说,这是鸡蛋里挑骨头。

  为了达到这些技术要求,沈光和项目组同事日夜奋战,制定了几千个质量控制节点,做了几百个实验。最终PF6线圈所有的关键工艺及部件均一次性通过ITER国际组认证,双饼绕制合格率100%,超导接头性能显著优于ITER规定要求。

  如今,我国承担的科研任务已100%国产化,质量和进度位居ITER七方30余个国家前列。等离子体所开展“以我为主”的国际合作,成立国际聚变能联合研究中心,已与欧美俄等30个国家和地区建立合作交流关系。

  “过去所里都是把科研人员送到国外深造,如今越来越多外国学者来到科学岛上‘取经’。”宋云涛说。

  作为每次EAST实验的总控,常常钻到“人造太阳”内部真空室里做调测的钱金平相信,总有一天,人们会像离不开水一样,离不开核聚变能,“聚变研究的衍生和伴随技术正在改变我们的生活”。

  在EAST装置中存在五大极端环境,分别是高真空、超高温、超低温、超强磁场和超大电流,而这些都可能是科技的突破点。如今,合肥的地铁用上了等离子体空气净化器,“超导质子刀”正成为一项重要的癌症治疗选择,其他方面的应用也正在开展。

  “妈妈,你们太厉害了,把太阳搬到地球上来了。”6岁的女儿奶声奶气的“点赞”曾让37岁的研究员张洋相信,科学并不总是抽象冰冷的,“孩子有想象力,而我们正年轻,有时间圆梦”。

  等离子体所团队目前平均年龄34岁,今年团队荣获了第23届“中国青年五四奖章集体”称号,有越来越多年轻人来岛上“种太阳”。

  今年是香港青年叶孜崇来“科学岛”安家的第三年。2016年底,已在美国工作的他向等离子体所发了第一封求职邮件,“祖国的核聚变技术发展飞速,让我找到了在国外未曾有过的契合点。”叶孜崇告诉记者,他越来越有信心从事更多的核聚变研究。

  夜已深,EAST控制大厅里却灯火通明——又是一轮没日没夜的实验季。大厅内中央电子屏幕的最上方显示着一串数字85942,这是从2006年至今的实验放电次数,“多一次就多一个进步,总有一天,核聚变能会点亮中国的一盏灯泡”,张洋说。

  3. 【听见庐阳】——邂逅庐阳她是“师德楷模”,妈妈式的好老师!

  我是公益人潘江雪,如何让欠发达地区的孩子从“能上学”到“学得好”,问我吧!


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