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“人造太阳”:中国科学家“夸父逐日”
[日期:2016年4月30日   出处:科技日报 2016-4-30      阅读:554 次]

    新华社记者 蔡 敏 朱 青

    中法核聚变合作周本周在位于安徽合肥的中科院等离子体物理研究所正式开启。中国科学家独立设计建造的世界首个全超导“人造太阳”实验装置EAST向世界全面开放、共享。

    在开发核聚变能——被人们形象地称为“人造太阳”的路上,中国已从“追赶者”“并跑者”,成长为具备强大国际输出能力的“领跑者”。科学家们数十年艰辛“逐日”,就是盼望核聚变能点亮的第一盏灯在中国。

    起步“逐日”

    煤炭、天然气、石油等化石能源的最终将会枯竭,使人类未来的命运聚焦在寻找更加持久的清洁能源上。海水中大量蕴藏的同位素氘和氚在聚变成一个氦原子的过程中,能够释放出的巨大能量,和太阳产生光和热的过程相似。如果人类掌握了核聚变能源,将拥有可使用上十亿年的清洁能源。因此受控热核聚变实验装置被人们称之为“人造太阳”,是地球寻找能源出路的希望。

    “中国拥有的第一个半超导核聚变装置是上世纪九十年代,从国外引进后加以改造发展的。”中国工程院院士李建刚回忆“逐日”之旅的起步,心中依然饱含感慨。

    起步阶段,中国只能遥望着引领者的脚步,通过跟随和模仿艰难向前。为了研究这一装置,中国科学家拆下了它所有的部件,研究构造和技术,再改造发展。

    “中国要有自主建造的核聚变实验装置!不是为了科学家写几个报告,而是为了真正解决我们一百年、两百年后的能源问题。”中国科学家发出了这样的呼声。一个要为国家和人类命运担当的科学家团队站了出来,这个200多人的团队当时的平均年龄不到40岁。

    披荆斩棘追成“并跑”

    “当中国宣称要用2000万美元建造全超导核聚变装置,国际学界没有人相信。”李建刚说。

    1998年等离子体所成立团队,目标是建设世界首个全超导非圆截面核聚变装置EAST,它的中文名字“东方超环”寄予着中国科学界的巨大期望。

    等离子体所成立12个研究室,两个技术支撑中心,攻克一个个难关。绝缘子是核心部件,这种只有圆珠笔大小的部件需要几百个,国外报价一个上千美元。科学家们咬咬牙:“太贵了,不信这个东西我们自己做不成!”。

    于是,潘皖江博士带领一个小组,历时3年,终于将绝缘子研制成功。然而导体研制、水冷系统、精密加工……一个个难关,一次次失败却接踵而至。有的科学家在国外求解技术难点时,为了节约经费,宁愿每天在冰天雪地里走40多分钟。年近古稀的老科学家高温中晕倒在实验室,醒来第一句话就是问工作怎样了……

    2006年9月,中国自主设计建造的EAST建成,并完成了首次成功放电,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。与国际同类实验装置相比,它在当时获得四项世界“第一”,即使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、运行后获得等离子放电最快。

    由美、法等国在20世纪80年代中期发起的、旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆的ITER计划也正是在这时才将中国吸纳为七方合作成员之一。“现在每年上千人次的国外科学家来我们所开展国际合作。而10年以前,都是我们远赴国外跟人家学习。”中科院等离子体所常务副所长宋云涛说。

    领跑世界 渴望用核聚变能点亮第一盏灯

    核聚变实验堆的设计和建设是一件十分复杂、艰巨的工程。宋云涛说,EAST的建成让中国在超导技术上走在世界前列,但要为ITER计划贡献中国力量,为中国未来建造自己的核聚变商用实验堆奠定基础,“关键技术和部件一定要100%国产化!”

    他介绍说,中国科学家开始破题很多世界级难题。比如,未来核聚变实验堆的等离子体中心温度必须达到1亿度,这就需要高功率辅助加热设备,它相当于全世界最大的微波炉,功率是平常家用微波炉的几万倍。这个中国科学家2015年自主做成了。

    “我们花了将近十年不断完善EAST,现在这个装置里几乎每一个部件都是我们自己做的。”李建刚说,“2016年1月EAST成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这是国际托卡马克实验装置在电子温度达到5千万度时,持续时间最长的等离子体放电。五千万度什么概念?比太阳中心部的温度还要高近三倍。”

    宋云涛介绍说,等离子体所还承担了ITER计划9%采购包任务。截至目前,中国科学家攻克了采购包任务中遇到的所有技术难关。我国交付ITER计划的采购包部件实现了100%国产化,而且全部一次性100%合格,并按期交付。ITER组织两任总干事对中方的评价是“中国在采购包的研发、生产方面领先于各方”。

    “我这一辈子,做了将近二十万次‘人造太阳’的实验,有将近四万次失败了。这是一个非常漫长的过程。尽管一百秒放电离一千秒、一万秒,离无限量商用还很远,但是我们会一直往下走。”55岁的李建刚院士说,“我的梦想就是在有生之年,有一盏灯泡被核聚变能点亮,这一盏灯泡一定要在中国!”

    (新华社合肥4月29日电)  



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