習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的迫切要求,是建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的必由之路。
四代科研工作者、12萬多次實(shí)驗(yàn)、10余次創(chuàng)造世界紀(jì)錄……中國(guó)有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)屢獲重大突破,今年4月成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒的新世界紀(jì)錄,這對(duì)探索未來聚變堆物理基礎(chǔ)問題,加快實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。
這是實(shí)驗(yàn)成功后的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)控制大廳(2023年4月12日攝)。新華社記者 黃博涵 攝
“人造太陽”是事關(guān)人類實(shí)現(xiàn)“能源自由”、探索宇宙奧秘的遠(yuǎn)大事業(yè);馃岬氖聵I(yè),卻起于安靜之所——EAST大科學(xué)裝置坐落于合肥西郊、遠(yuǎn)離喧囂的科學(xué)島上。50年來,一批批科研工作者心懷“國(guó)之大者”執(zhí)著攻關(guān),甘坐“冷板凳”。這個(gè)幽靜之地,如今已成為國(guó)際科研合作交流的熱土,不少海外科研人員把這里當(dāng)成“家”。
所謂壯舉,皆因奮斗;所謂奮斗,重在傳承。四代科研工作者薪火相傳、接力創(chuàng)新、勇攀高峰,胸懷“聚變能源夢(mèng)”,向著人類美好未來勇毅前行。
幾代人接續(xù)奮斗,一次次沖擊夢(mèng)想
萬物生長(zhǎng)靠太陽。太陽之所以發(fā)光發(fā)熱,是因?yàn)閮?nèi)部的核聚變反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)核聚變的原材料在地球上極豐富,且排放無污染。如果能造一個(gè)“太陽”發(fā)電,人類有望實(shí)現(xiàn)能源自由。
“這么好的東西,為何不早點(diǎn)造出來?”中國(guó)工程院院士李建剛說,人類研究核聚變能源(以下簡(jiǎn)稱“聚變能”)已70余年,“不是我們太笨,是太難!”
溫度要達(dá)到上億攝氏度,還要穩(wěn)定持續(xù)。“地球上,什么東西能長(zhǎng)時(shí)間裝得下上億度的‘火球’?”他說,這是全人類的挑戰(zhàn)。
“這不是一兩代人能完成,需要幾代人堅(jiān)持不懈、不計(jì)名利地做下去。”84歲的中國(guó)工程院院士萬元熙說。
1973年,中科院?jiǎn)?dòng)建設(shè)“合肥受控?zé)岷朔磻?yīng)研究實(shí)驗(yàn)站”,隨后成立等離子體物理研究所(以下簡(jiǎn)稱“等離子體所”)。
萬元熙來到科學(xué)島已有50年。來時(shí)這里條件艱苦,茅草一人多高,一下雨螃蟹、蛤蟆遍地爬,只有零星幾個(gè)建筑。缺技術(shù)、缺經(jīng)費(fèi)、缺保障,萬元熙從宿舍騎自行車到實(shí)驗(yàn)室要1個(gè)多小時(shí),他跑了3年。
1981年,華羅庚先生從北京趕到合肥,為聚變能研究“八號(hào)工程”奠基,在“科學(xué)的春天”埋下“太陽”的種子。
“為理想不惜任何代價(jià),不怕任何艱難。”懷揣愛國(guó)心,萬元熙、李建剛、萬寶年等“人造太陽”第一代、第二代科研人員“背著饅頭出國(guó)學(xué)習(xí)”,參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議坐在角落,但如饑似渴學(xué)習(xí)、不厭其煩請(qǐng)教。
邊研發(fā)“太陽”,邊實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮“太陽”。他們的實(shí)驗(yàn)室常年放著行軍床,實(shí)驗(yàn)、分析、調(diào)試、拆解、組裝、再實(shí)驗(yàn),干到凌晨乃至通宵是常事。
2005年3月正在總裝的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)。新華社發(fā)
“軍大衣一蓋就能睡著,實(shí)驗(yàn)喇叭一響馬上就醒。”李建剛說,他與團(tuán)隊(duì)20年至少實(shí)驗(yàn)失敗過5萬次。
從幾百萬到上千萬攝氏度,從三千萬、五千萬到上億攝氏度,“逐日”攻關(guān)取得系列突破。
去年以來,宋云濤、龔先祖等“人造太陽”第三代科研人員帶領(lǐng)青年團(tuán)隊(duì),歷經(jīng)15個(gè)月頑強(qiáng)攻關(guān),最終在4月12日21時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒的新高度。
“跟跑、并跑”到“部分領(lǐng)跑”,奮力攀爬新高度
高11米、直徑8米,頂端飄揚(yáng)著五星紅旗……EAST裝置形如巨罐,腹中大有乾坤。
這是2021年4月13日拍攝的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)。新華社記者 周牧 攝
“EAST集成超高溫、超低溫、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超大電流等條件。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體所所長(zhǎng)宋云濤說,尖端技術(shù)“熔于一爐”,體現(xiàn)國(guó)家綜合科技實(shí)力。
“為達(dá)到超高溫,EAST用4種大功率加熱系統(tǒng),相當(dāng)于幾萬臺(tái)微波爐一起加熱。”等離子體所副研究員王騰說,地球上最耐熱的材料只能承受幾千攝氏度,為承載上億攝氏度的高溫等離子體,科學(xué)家用磁場(chǎng)做“籠子”,達(dá)到地球磁場(chǎng)強(qiáng)度約7萬倍。
歷經(jīng)7年研發(fā)、17年改造升級(jí),如今EAST擁有核心技術(shù)200多項(xiàng)、專利2000余項(xiàng),上百萬個(gè)零部件協(xié)同工作。
回首40多年前,初代裝置HT-6B僅能實(shí)現(xiàn)等離子體運(yùn)行,在國(guó)際上處于“跟跑”。
路遙而不墜其志。時(shí)任所長(zhǎng)霍裕平等人分析發(fā)展趨勢(shì),判斷超導(dǎo)將是未來關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)費(fèi)緊張,他們用兩火車皮羽絨服等物資,從國(guó)外換回超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)裝置,重新設(shè)計(jì)改造成新裝置HT-7。
HT-7運(yùn)行18年取得多項(xiàng)突破,2003年實(shí)現(xiàn)超過1分鐘的等離子體放電,標(biāo)志著我國(guó)實(shí)現(xiàn)聚變能研究從跟隨到并進(jìn)的躍升。
研制HT-7后,等離子體所敢為天下先,提出建設(shè)國(guó)際首臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克裝置設(shè)想,這在國(guó)際上尚無先例。那時(shí)宋云濤20多歲,出國(guó)求學(xué)時(shí)提及此事,他的外國(guó)導(dǎo)師直搖頭:“中國(guó)不可能建成,你們不具備這個(gè)技術(shù)。”
“我還沒出生時(shí),中國(guó)的衛(wèi)星就已經(jīng)上天。我們幾代人追這個(gè)夢(mèng),它一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。”宋云濤說。
EAST的成功令人驚嘆:2012年,實(shí)現(xiàn)411秒2000萬攝氏度等離子體運(yùn)行;2016年,實(shí)現(xiàn)5000萬攝氏度102秒等離子體運(yùn)行;2017年,實(shí)現(xiàn)101秒高約束模等離子體運(yùn)行;2021年,實(shí)現(xiàn)1.2億攝氏度101秒等離子體運(yùn)行……
今年4月EAST創(chuàng)造新紀(jì)錄后,英國(guó)原子能委員會(huì)主席伊恩·查普曼、美國(guó)通用原子公司副總裁韋恩·所羅門等人發(fā)來賀信說,這個(gè)重大成果給國(guó)際聚變研究帶來極大信心,證明了“團(tuán)隊(duì)奉獻(xiàn)精神和創(chuàng)新工作”。
據(jù)了解,EAST國(guó)產(chǎn)化率超90%,80%的關(guān)鍵設(shè)備、材料自主研發(fā),控制、加熱、診斷等技術(shù)世界先進(jìn)。
自立自強(qiáng)、勇攀高峰,一代代科研工作者的精神內(nèi)核,支撐起中國(guó)“人造太陽”的強(qiáng)大內(nèi)核。
2023年4月12日,在全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)控制大廳,EAST物理實(shí)驗(yàn)總負(fù)責(zé)人龔先祖(右)和中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤(左)在實(shí)驗(yàn)成功后慶祝。新華社記者 黃博涵 攝
合力點(diǎn)亮“太陽”,科技合作跨洲連洋
2020年7月,習(xí)近平主席向國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃重大工程安裝啟動(dòng)儀式致賀信時(shí)指出,科學(xué)無國(guó)界,創(chuàng)新無止境。國(guó)際科技合作對(duì)于應(yīng)對(duì)人類面臨的全球性挑戰(zhàn)具有重要意義。
我國(guó)2006年簽約加入ITER計(jì)劃,等離子體所作為ITER中國(guó)工作組重要單位,先后派駐100多人到法國(guó)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng),承擔(dān)導(dǎo)體、電源、總裝等采購包任務(wù),以優(yōu)異性能通過國(guó)際評(píng)估,在參與ITER計(jì)劃的國(guó)際七方中位居前列。
2021年4月,中國(guó)研制的PF6超導(dǎo)磁體線圈在法國(guó)ITER項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)吊裝。新華社發(fā)
等離子體所研究員彭學(xué)兵說,他們?yōu)镮TER做的一個(gè)線圈部件,從接到任務(wù)到交付做了7年。“有人說這是冷板凳,但是我們心里有團(tuán)火,與等離子體‘火球’不斷‘碰撞’。”
“‘人造太陽’研究,沒有哪國(guó)能獨(dú)攬一切,我們向全世界敞開大門。”宋云濤說,他們已與45個(gè)國(guó)家的120余個(gè)單位合作,每年約有500人次的外籍學(xué)者前來交流。
“我來中國(guó)已有30多次,在EAST上做實(shí)驗(yàn),還會(huì)給島上學(xué)生做一些講座。”日本國(guó)立聚變科學(xué)研究所教授森田茂說。
“很難想象過去20多年,中國(guó)的聚變能研究如此突飛猛進(jìn)。”ITER組織副總干事阿蘭·貝庫雷,20多年前讀博時(shí)就曾來科學(xué)島訪問,他非常贊賞中國(guó)對(duì)聚變能研究堅(jiān)定不移的支持。
“‘人造太陽’需要全球科學(xué)家歷經(jīng)多代人的艱辛,合作研究才能成功。”李建剛希望有更多年輕人加入。“能把人類夢(mèng)想、國(guó)家需求和科學(xué)家興趣完美結(jié)合,極其幸運(yùn)!”
聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施園區(qū)全景(2021年9月12日攝)。新華社發(fā)
距EAST不遠(yuǎn)處,一個(gè)新大科學(xué)裝置——聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施正在建設(shè)。下一代“人造太陽”中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆已完成工程設(shè)計(jì),未來瞄準(zhǔn)建設(shè)世界首個(gè)聚變示范堆。
“核聚變研究漸入佳境,接力棒已經(jīng)交到我們這一代人手里。”“90后”博士后李克棟說,作為“人造太陽”團(tuán)隊(duì)中的第四代,他感覺到幸運(yùn)、責(zé)任和機(jī)遇。“我們希望讓聚變發(fā)電率先在中國(guó)實(shí)現(xiàn),第一盞聚變能源燈在中國(guó)點(diǎn)亮!”