文/蔡敏

“人造太陽”路上，中國躋身“領(lǐng)跑者”

文/蔡敏

由中國科學(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”實(shí)驗(yàn)裝置EAST向世界全面開放、共享。

在開發(fā)核聚變能——被人們形象地稱為“人造太陽”的路上，中國已從“追趕者”“并跑者”，成長為具備強(qiáng)大國際輸出能力的“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。

起步“逐日”

煤炭、天然氣、石油等化石能源最終將會(huì)枯竭，使人類未來的命運(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)氦原子的過程中，能夠釋放出的巨大能量，和太陽產(chǎn)生光和熱的過程相似。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”，是地球?qū)ふ夷茉闯雎返南Ｍ?/p>

“中國擁有的第一個(gè)半超導(dǎo)核聚變裝置是上世紀(jì)九十年代，從國外引進(jìn)后加以改造發(fā)展的?！敝袊こ淘涸菏坷罱▌偦貞洝爸鹑铡敝玫钠鸩?，心中依然飽含感慨。

起步階段，中國只能遙望著引領(lǐng)者的腳步，通過跟隨和模仿艱難向前。為了研究這一裝置，中國科學(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。

披荊斬棘追成“并跑”

“當(dāng)中國宣稱要用2000萬美元建造全超導(dǎo)核聚變裝置時(shí)，國際學(xué)界沒有人相信。”李建剛說。

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)，國外報(bào)價(jià)一個(gè)上千美元?？茖W(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，醒來第一句話就是問工作怎樣了……

2006年9月，中國自主設(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)才將中國吸納為七方合作成員之一?！艾F(xiàn)在每年上千人次的國外科學(xué)家來我們所開展國際合作，而10年以前，都是我們遠(yuǎn)赴國外跟人家學(xué)習(xí)?！敝锌圃旱入x子體所常務(wù)副所長宋云濤說。

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，EAST的建成讓中國在超導(dǎo)技術(shù)上走在世界前列，但要為ITER計(jì)劃貢獻(xiàn)中國力量，為中國未來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%國產(chǎn)化!”

他介紹說，中國科學(xué)家開始破題很多世界級(jí)難題。比如，未來核聚變實(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倍。這個(gè)中國科學(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?！崩罱▌傉f，“2016年1月EAST成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過5千萬度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長脈沖等離子體放電。這是國際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置在電子溫度達(dá)到5千萬度時(shí)，持續(xù)時(shí)間最長的等離子體放電。五千萬度是什么概念?比太陽中心部的溫度還要高近三倍。”

“我這一輩子，做了將近二十萬次‘人造太陽’的實(shí)驗(yàn)，有將近四萬次失敗了。這是一個(gè)非常漫長的過程。盡管一百秒放電離一千秒、一萬秒，離無限量商用還很遠(yuǎn)，但是我們會(huì)一直往下走?！?5歲的李建剛院士說，“我的夢想就是在有生之年，有一盞燈泡被核聚變能點(diǎn)亮，這一盞燈泡一定要在中國!”