近日，中法核聚變合作周在位于安徽合肥的中科院等離子體物理研究所正式開(kāi)啟。中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計(jì)建造的世界首個(gè)全超導(dǎo)“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置EAST向世界全面開(kāi)放、共享。
在開(kāi)發(fā)核聚變能——被人們形象地稱為“人造太陽(yáng)”的路上，中國(guó)已從“追趕者”“并跑者”，成長(zhǎng)為具備強(qiáng)大國(guó)際輸出能力的“領(lǐng)跑者”。科學(xué)家們數(shù)十年艱辛“逐日”，就是盼望核聚變能點(diǎn)亮的第一盞燈在中國(guó)。
起步“逐日”
煤炭、天然氣、石油等化石能源的最終將會(huì)枯竭，使人類未來(lái)的命運(yùn)聚焦在尋找更加持久的清潔能源上。海水中大量蘊(yùn)藏的同位素氘和氚在聚變成一個(gè)氦原子的過(guò)程中，能夠釋放出的巨大能量，和太陽(yáng)產(chǎn)生光和熱的過(guò)程相似。如果人類掌握了核聚變能源，將擁有可使用上十億年的清潔能源。因此受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置被人們稱之為“人造太陽(yáng)”，是地球?qū)ふ夷茉闯雎返南Ｍ?/p>
“中國(guó)擁有的第一個(gè)半超導(dǎo)核聚變裝置是上世紀(jì)九十年代，從國(guó)外引進(jìn)后加以改造發(fā)展的。”中國(guó)工程院院士李建剛回憶“逐日”之旅的起步，心中依然飽含感慨。
起步階段，中國(guó)只能遙望著引領(lǐng)者的腳步，通過(guò)跟隨和模仿艱難向前。為了研究這一裝置，中國(guó)科學(xué)家拆下了它所有的部件，研究構(gòu)造和技術(shù)，再改造發(fā)展。
“中國(guó)要有自主建造的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置！不是為了科學(xué)家寫(xiě)幾個(gè)報(bào)告，而是為了真正解決我們一百年、兩百年后的能源問(wèn)題。”中國(guó)科學(xué)家發(fā)出了這樣的呼聲。一個(gè)要為國(guó)家和人類命運(yùn)擔(dān)當(dāng)?shù)目茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)站了出來(lái)，這個(gè)200多人的團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)的平均年齡不到40歲。
披荊斬棘追成“并跑”
“當(dāng)中國(guó)宣稱要用2000萬(wàn)美元建造全超導(dǎo)核聚變裝置，國(guó)際學(xué)界沒(méi)有人相信。”李建剛說(shuō)。
1998年等離子體所成立團(tuán)隊(duì)，目標(biāo)是建設(shè)世界首個(gè)全超導(dǎo)非圓截面核聚變裝置EAST，它的中文名字“東方超環(huán)”寄予著中國(guó)科學(xué)界的巨大期望。
等離子體所成立12個(gè)研究室，兩個(gè)技術(shù)支撐中心，攻克一個(gè)個(gè)難關(guān)。絕緣子是核心部件，這種只有圓珠筆大小的部件需要幾百個(gè)，國(guó)外報(bào)價(jià)一個(gè)上千美元。科學(xué)家們咬咬牙：“太貴了，不信這個(gè)東西我們自己做不成！”。
于是，潘皖江博士帶領(lǐng)一個(gè)小組，歷時(shí)3年，終于將絕緣子研制成功。然而導(dǎo)體研制、水冷系統(tǒng)、精密加工……一個(gè)個(gè)難關(guān)，一次次失敗卻接踵而至。有的科學(xué)家在國(guó)外求解技術(shù)難點(diǎn)時(shí)，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，寧愿每天在冰天雪地里走40多分鐘。年近古稀的老科學(xué)家高溫中暈倒在實(shí)驗(yàn)室，醒來(lái)第一句話就是問(wèn)工作怎樣了……
2006年9月，中國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的EAST建成，并完成了首次成功放電，獲得電流200千安、時(shí)間接近3秒的高溫等離子體放電。與國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)裝置相比，它在當(dāng)時(shí)獲得四項(xiàng)世界“第一”，即使用資金最少、建設(shè)速度最快、投入運(yùn)行最早、運(yùn)行后獲得等離子放電最快。
由美、法等國(guó)在20世紀(jì)80年代中期發(fā)起的、旨在建立世界上第一個(gè)受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的ITER計(jì)劃也正是在這時(shí)才將中國(guó)吸納為七方合作成員之一。“現(xiàn)在每年上千人次的國(guó)外科學(xué)家來(lái)我們所開(kāi)展國(guó)際合作。而10年以前，都是我們遠(yuǎn)赴國(guó)外跟人家學(xué)習(xí)。”中科院等離子體所常務(wù)副所長(zhǎng)宋云濤說(shuō)。
領(lǐng)跑世界 渴望用核聚變能點(diǎn)亮第一盞燈
核聚變實(shí)驗(yàn)堆的設(shè)計(jì)和建設(shè)是一件十分復(fù)雜、艱巨的工程。宋云濤說(shuō)，EAST的建成讓中國(guó)在超導(dǎo)技術(shù)上走在世界前列，但要為ITER計(jì)劃貢獻(xiàn)中國(guó)力量，為中國(guó)未來(lái)建造自己的核聚變商用實(shí)驗(yàn)堆奠定基礎(chǔ)，“關(guān)鍵技術(shù)和部件一定要100%國(guó)產(chǎn)化！”
他介紹說(shuō)，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)始破題很多世界級(jí)難題。比如，未來(lái)核聚變實(shí)驗(yàn)堆的等離子體中心溫度必須達(dá)到1億度，這就需要高功率輔助加熱設(shè)備，它相當(dāng)于全世界最大的微波爐，功率是平常家用微波爐的幾萬(wàn)倍。這個(gè)中國(guó)科學(xué)家2015年自主做成了。
“我們花了將近十年不斷完善EAST，現(xiàn)在這個(gè)裝置里幾乎每一個(gè)部件都是我們自己做的。”李建剛說(shuō)，“2016年1月EAST成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過(guò)5千萬(wàn)度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電。這是國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置在電子溫度達(dá)到5千萬(wàn)度時(shí)，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電。五千萬(wàn)度什么概念？比太陽(yáng)中心部的溫度還要高近三倍。”
宋云濤介紹說(shuō)，等離子體所還承擔(dān)了ITER計(jì)劃9%采購(gòu)包任務(wù)。截至目前，中國(guó)科學(xué)家攻克了采購(gòu)包任務(wù)中遇到的所有技術(shù)難關(guān)。我國(guó)交付ITER計(jì)劃的采購(gòu)包部件實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化，而且全部一次性100%合格，并按期交付。ITER組織兩任總干事對(duì)中方的評(píng)價(jià)是“中國(guó)在采購(gòu)包的研發(fā)、生產(chǎn)方面領(lǐng)先于各方”。
“我這一輩子，做了將近二十萬(wàn)次‘人造太陽(yáng)’的實(shí)驗(yàn)，有將近四萬(wàn)次失敗了。這是一個(gè)非常漫長(zhǎng)的過(guò)程。盡管一百秒放電離一千秒、一萬(wàn)秒，離無(wú)限量商用還很遠(yuǎn)，但是我們會(huì)一直往下走。”55歲的李建剛院士說(shuō)，“我的夢(mèng)想就是在有生之年，有一盞燈泡被核聚變能點(diǎn)亮，這一盞燈泡一定要在中國(guó)！”
