接力“逐日”勇攀登——走近中国“人造太阳”研究团队

2023-05-10

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习近平总书记强调，加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。

四代科研工作者、12万多次实验、10余次创造世界纪录……中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）屡获重大突破，今年4月成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒的新世界纪录，这对探索未来聚变堆物理基础问题，加快实现聚变发电具有重要意义。

这是实验成功后的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）控制大厅（2023年4月12日摄）。新华社记者 黄博涵 摄

“人造太阳”是事关人类实现“能源自由”、探索宇宙奥秘的远大事业。火热的事业，却起于安静之所——EAST大科学装置坐落于合肥西郊、远离喧嚣的科学岛上。50年来，一批批科研工作者心怀“国之大者”执着攻关，甘坐“冷板凳”。这个幽静之地，如今已成为国际科研合作交流的热土，不少海外科研人员把这里当成“家”。

所谓壮举，皆因奋斗；所谓奋斗，重在传承。四代科研工作者薪火相传、接力创新、勇攀高峰，胸怀“聚变能源梦”，向着人类美好未来勇毅前行。

几代人接续奋斗，一次次冲击梦想

万物生长靠太阳。太阳之所以发光发热，是因为内部的核聚变反应。实现核聚变的原材料在地球上极丰富，且排放无污染。如果能造一个“太阳”发电，人类有望实现能源自由。

“这么好的东西，为何不早点造出来？”中国工程院院士李建刚说，人类研究核聚变能源（以下简称“聚变能”）已70余年，“不是我们太笨，是太难！”

温度要达到上亿摄氏度，还要稳定持续。“地球上，什么东西能长时间装得下上亿度的‘火球’？”他说，这是全人类的挑战。

“这不是一两代人能完成，需要几代人坚持不懈、不计名利地做下去。”84岁的中国工程院院士万元熙说。

1973年，中科院启动建设“合肥受控热核反应研究实验站”，随后成立等离子体物理研究所（以下简称“等离子体所”）。

万元熙来到科学岛已有50年。来时这里条件艰苦，茅草一人多高，一下雨螃蟹、蛤蟆遍地爬，只有零星几个建筑。缺技术、缺经费、缺保障，万元熙从宿舍骑自行车到实验室要1个多小时，他跑了3年。

1981年，华罗庚先生从北京赶到合肥，为聚变能研究“八号工程”奠基，在“科学的春天”埋下“太阳”的种子。

“为理想不惜任何代价，不怕任何艰难。”怀揣爱国心，万元熙、李建刚、万宝年等“人造太阳”第一代、第二代科研人员“背着馒头出国学习”，参加国际学术会议坐在角落，但如饥似渴学习、不厌其烦请教。

边研发“太阳”，边实验点亮“太阳”。他们的实验室常年放着行军床，实验、分析、调试、拆解、组装、再实验，干到凌晨乃至通宵是常事。

2005年3月正在总装的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。新华社发

“军大衣一盖就能睡着，实验喇叭一响马上就醒。”李建刚说，他与团队20年至少实验失败过5万次。

从几百万到上千万摄氏度，从三千万、五千万到上亿摄氏度，“逐日”攻关取得系列突破。

去年以来，宋云涛、龚先祖等“人造太阳”第三代科研人员带领青年团队，历经15个月顽强攻关，最终在4月12日21时达到稳态高约束模式等离子体运行403秒的新高度。

“跟跑、并跑”到“部分领跑”，奋力攀爬新高度

高11米、直径8米，顶端飘扬着五星红旗……EAST装置形如巨罐，腹中大有乾坤。

这是2021年4月13日拍摄的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。新华社记者 周牧 摄

“EAST集成超高温、超低温、超高真空、超强磁场、超大电流等条件。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体所所长宋云涛说，尖端技术“熔于一炉”，体现国家综合科技实力。

“为达到超高温，EAST用4种大功率加热系统，相当于几万台微波炉一起加热。”等离子体所副研究员王腾说，地球上最耐热的材料只能承受几千摄氏度，为承载上亿摄氏度的高温等离子体，科学家用磁场做“笼子”，达到地球磁场强度约7万倍。

历经7年研发、17年改造升级，如今EAST拥有核心技术200多项、专利2000余项，上百万个零部件协同工作。

回首40多年前，初代装置HT-6B仅能实现等离子体运行，在国际上处于“跟跑”。

路遥而不坠其志。时任所长霍裕平等人分析发展趋势，判断超导将是未来关键技术。经费紧张，他们用两火车皮羽绒服等物资，从国外换回超导实验装置，重新设计改造成新装置HT-7。

HT-7运行18年取得多项突破，2003年实现超过1分钟的等离子体放电，标志着我国实现聚变能研究从跟随到并进的跃升。

研制HT-7后，等离子体所敢为天下先，提出建设国际首台全超导托卡马克装置设想，这在国际上尚无先例。那时宋云涛20多岁，出国求学时提及此事，他的外国导师直摇头：“中国不可能建成，你们不具备这个技术。”

“我还没出生时，中国的卫星就已经上天。我们几代人追这个梦，它一定会实现。”宋云涛说。

EAST的成功令人惊叹：2012年，实现411秒2000万摄氏度等离子体运行；2016年，实现5000万摄氏度102秒等离子体运行；2017年，实现101秒高约束模等离子体运行；2021年，实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行……

今年4月EAST创造新纪录后，英国原子能委员会主席伊恩·查普曼、美国通用原子公司副总裁韦恩·所罗门等人发来贺信说，这个重大成果给国际聚变研究带来极大信心，证明了“团队奉献精神和创新工作”。

据了解，EAST国产化率超90%，80%的关键设备、材料自主研发，控制、加热、诊断等技术世界先进。

自立自强、勇攀高峰，一代代科研工作者的精神内核，支撑起中国“人造太阳”的强大内核。

2023年4月12日，在全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）控制大厅，EAST物理实验总负责人龚先祖（右）和中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛（左）在实验成功后庆祝。新华社记者 黄博涵 摄

合力点亮“太阳”，科技合作跨洲连洋

2020年7月，习近平主席向国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大工程安装启动仪式致贺信时指出，科学无国界，创新无止境。国际科技合作对于应对人类面临的全球性挑战具有重要意义。

我国2006年签约加入ITER计划，等离子体所作为ITER中国工作组重要单位，先后派驻100多人到法国项目现场，承担导体、电源、总装等采购包任务，以优异性能通过国际评估，在参与ITER计划的国际七方中位居前列。

2021年4月，中国研制的PF6超导磁体线圈在法国ITER项目现场吊装。新华社发

等离子体所研究员彭学兵说，他们为ITER做的一个线圈部件，从接到任务到交付做了7年。“有人说这是冷板凳，但是我们心里有团火，与等离子体‘火球’不断‘碰撞’。”

“‘人造太阳’研究，没有哪国能独揽一切，我们向全世界敞开大门。”宋云涛说，他们已与45个国家的120余个单位合作，每年约有500人次的外籍学者前来交流。

“我来中国已有30多次，在EAST上做实验，还会给岛上学生做一些讲座。”日本国立聚变科学研究所教授森田茂说。

“很难想象过去20多年，中国的聚变能研究如此突飞猛进。”ITER组织副总干事阿兰·贝库雷，20多年前读博时就曾来科学岛访问，他非常赞赏中国对聚变能研究坚定不移的支持。

“‘人造太阳’需要全球科学家历经多代人的艰辛，合作研究才能成功。”李建刚希望有更多年轻人加入。“能把人类梦想、国家需求和科学家兴趣完美结合，极其幸运！”

聚变堆主机关键系统综合研究设施园区全景（2021年9月12日摄）。新华社发

距EAST不远处，一个新大科学装置——聚变堆主机关键系统综合研究设施正在建设。下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计，未来瞄准建设世界首个聚变示范堆。

“核聚变研究渐入佳境，接力棒已经交到我们这一代人手里。”“90后”博士后李克栋说，作为“人造太阳”团队中的第四代，他感觉到幸运、责任和机遇。“我们希望让聚变发电率先在中国实现，第一盏聚变能源灯在中国点亮！”

来源：科普中国