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合肥:追逐太阳的人——记中科院核聚变大科学工程团队

——记中科院核聚变大科学工程团队

来源:光明日报2019-08-13作者:常河 高梦楠
从有梦想开始,追逐太阳,探寻太阳的秘密,就成了人类从未停歇的步伐。而人造太阳,开发利用核聚变能源,更是人类实现终极能源从未褪色的梦想。 在BETVlCTOR伟德省合肥市西郊,一座占地3000亩、三面环水的小岛,绿树成荫,幽静如世外桃源,合肥人习惯称之为“科学岛”。日月交辉,湖光岛影,无声的岁月见证了三代聚变人用青春芳华守望“追逐太阳”的跋涉之路。 东方超环——这个直径8米、高11米、看起来像个巨大锅炉的装置,就是“科学岛”上的科学家们历时10年自主研制的世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置。它的成功建设和运行赢得国内外专家的高度赞誉,被称为“世界聚变工程的非凡业绩,世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑”。 而为了这一天,在40多年的聚变征途中,一代又一代人接力传承,中国实现了从跟跑到并跑,再到如今部分核心技术领跑。这群“逐日”的人,就是中国科学院合肥研究院等离子体物理研究所“人造太阳”创新团队。他们的梦想,就是点亮人类核聚变的第一盏灯。 拓荒 1977年9月,刚从同济大学机械设计与制造专业毕业的吴维越来到合肥。下了公交车,眼前便是看不到头的农田,他不知道要报到的单位还有多远,于是步行顺着小路往前走。没想到的是,走了两个小时,才到了一个荒凉的岛上。更没想到的是,他这一走,就是42年。 他所到的单位是1974年成立的BETVlCTOR伟德光机所受控热核反应研究试验站。更名为中国科学院等离子物体研究所,是吴维越到来后的第二年。事实上,1974年,国家就筹划在合肥建造一个具有当时世界先进水平的大型核反应实验装置,这个承载着中国人最初梦想的托克马克实验装置被命名为“八号装置”。 一声号令下,后来被誉为“中关村民营科技第一人”的陈春先来了,后来的中国工程院院士、当时正在四川大凉山“杀猪、宰羊、挑大粪”的万元熙来了……那时,正值中国科学的春天,科学的嫩芽茁壮萌发。 1979年,由于国民经济的调整,“八号装置”停建。“那天,很多人都哭了,5年的汗水啊,大家真舍不得。”回忆至此,吴维越眼睛有些湿润,“但是,所里决定留下已经做好的4部电机,大家相信,终有一天,我们还要继续做下去。” 这一天终于到来了。 从1992年开始,两年时间,先后46节火车车厢从遥远的俄罗斯拉来了设备。“苏联解体之前,苏联人打算把一个半超导托克马克装置赠送给其他国家,然后他们自己做一个更大的。老所长霍裕平说,那就送给我们吧。”20多年过去,讲起当年引进苏联的T7装置时,李建刚院士依然很兴奋。 现在,已于2013年退役的T7就摆放在东方超环大厅门外,像一个环形穿插进方块里,更像一个日晷,定格住那段火热的时光。 T7被科研人员拆解,组装,再拆解,再组装,“这样大家就知道,原来托克马克是这样的啊。”李建刚说,3年半后,他们在T7基础上组装出了自己的托克马克——合肥超环HT-7。“T7能做到放电1000万度持续几秒钟,而HT-7可以做到1200万度持续400多秒,这是目前国际同类装置中时间最长的高温等离子放电。” 不过,在与外国专家合作的过程中,中国科研人员深切意识到,最关键的技术部分,一定要百分之百国产化,不然就会受制于人。 合肥超环运行后,在探讨下一步研究方向时,等离子所的专家们突然提出一个大胆设想:做一个更先进的全超导偏滤器托克马克装置。这就是后来的“人造太阳”。 “人造太阳”是要在地球上模拟太阳的原理,用一个强磁场打造一个“磁笼子”,把上亿摄氏度的高温等离子体约束起来,让它实现核聚变反应,提供新的能量来源。 T7和合肥超环都是半超导,在当时已经是领先的技术,现在要做全超导,简直不可思议。要知道,当时世界上还没有任何一个国家研制出全超导装置。 拓荒者之所以成为勇士,就是因为他们总是朝着荒无人烟的地域前进,在科学世界也是如此。用科技报效祖国,他们又开始了一次光耀东方的征程。 传承 全超导托克马克装置从1996年立项,到2006年9月26日建成放电,他们用了10年。 通过在全所征集名称,最终,这个由我国自主设计建造、世界上第一个非圆截面全超导托克马克核聚变实验装置,被命名为“东方超环”。 “第一次等离子体放电实验中,就成功获得了电流大于200千安、时间接近3秒的等离子体。”1996年来所参加工作的宋云涛,如今已经是等离子所常务副所长,回忆起东方超环的研制过程,他最难忘的就是整天和电焊工吃住在一起的日子。 东方超环放电不到1个月,2006年10月16日,第21届世界聚变能大会在成都召开,时任等离子所所长的万元熙院士第一个作报告,向大会宣布了东方超环的建设成果。全场600多位国际聚变界专家学者全体起立,为中国东方超环的成功鼓掌祝贺。 那一刻,这位胃切除4/5、有心肌梗塞病灶仍忘我工作的长者,再也抑制不住内心的激动和自豪,泪花闪现于双眼。 那一刻,李建刚想起了40年前大学图书馆里找到的那本只有12页关于聚变的小册子。这本当时他没读懂的书,却让他把人生最美好的时光留在了科学岛上,奉献给了心中的太阳,历经数万次实验失败而不悔,在东方超环关键技术发展、工程建设、系统集成、科学研究等方面解决了一系列技术难题并取得了多项重大成果,为我国乃至世界聚变研究作出重要贡献。 那一刻,放弃国外研究所高薪聘请的海归学子,矢志攻关、崭露头角的青年学者,对着反光镜子焊接、数千条焊接一次性通过检测的超级焊工……无不感到荣耀。 总装期间,“每天8点准时开会,定下当天的任务,然后一直工作到晚上9点。”时任总装办主任的吴维越已经记不清这样的状态持续了多少个日夜,为了不耽误工作,他却耽误了3年的体检。总装结束后,利用调试的间隙,他才有时间去医院,“一体检,发现患了肾极透明细胞癌”。 拿掉了一只肾,在病床上躺了半年,吴维越又回到了工作岗位。 宋云涛记得,年近古稀的总工艺师高大明,几乎24小时守在主机大厅里,连续高强度工作使他体力不支晕倒在总装现场,他醒来后第一句话竟然是“超导线圈装配得怎么样了?” 十年磨剑终成器,聚变曙光耀东方。这群“拼命三郎”们的奉献,换来的是一串串闪耀的成果:2016年1月,东方超环实现电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电;2016年11月,获得超过60秒的完全非感应电流驱动(稳态)高约束模等离子体,成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置;2017年7月,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了至今没有被超越的世界纪录;2018年7月,实现了高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式和1亿度等离子体运行等多项重大成果。 “一代有一代人的梦想,一代有一代人的奋斗。”宋云涛说。他至今清楚记得他的导师万元熙院士和李凤楼院士对他的告诫,核聚变是好几代人的梦想,青年人要在项目中成长,经得起历练,早日成长起来,扛起核聚变发展传承的重任。 如今,他对自己的团队提出的要求,正是昔日老师对自己的教诲。 正是这种良性传承,40多年来,这个团队一代代研究者不懈奋斗,建成并运行了多个国之重器,自主发展68项关键核心技术,建成20个国际先进的平台和系统,先后两次获得国家科技进步奖。 接力 2006年大学毕业“上岛”,丁锐恰好见证了东方超环的问世。如今,这位80后已经成为研究员,带着比他更年轻的团队负责等离子体与材料的相互作用。 这得益于等离子所职称评聘的独特评价体系。“在我们所,论文不是写出来的,而是做出来的。”宋云涛告诉记者,从建所开始,职称评定就不是单纯看论文,“而是看你解决了什么技术问题。” 丁锐团队中最年轻的成员出生于1994年,他们要做的工作是“不断提升材料的性能,延长材料的使用寿命”。 从20世纪70年代零起步开展超导工程研究的追赶;到90年代初建成我国首个、世界第四个超导装置合肥超环,实现并跑;再到如今东方超环代表的全超导技术的超越和领跑。目标有多远,奔跑的路就有多长。 这群因为追逐太阳已经习惯了奔跑的人显然并不满足于目前的成果。在科技部支持下,他们正在筹划建设一个新的聚变实验堆。“目前正在设计阶段,新实验堆将具有发电功能。”谈到这里,丁锐有些兴奋,“我们可能是离梦想最近的一群。人类核聚变点亮的第一盏灯,一定会在中国。” 中科院等离子所核聚变大科学工程团队平均年龄只有38岁,年轻的活力可以“点燃”太阳。 如今,这支年轻的队伍正走向世界聚变舞台的中央,积极参与全球规模最大、影响最为深远的国际热核聚变实验堆计划——ITER,成为该计划中国工作组的重要成员,承担了超导导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断等部件或装置研制。所有承担的部件研发任务做到了100%合格、100%国产化,产品质量和进度均处于ITER七方34个国家之首。凭借东方超环领先的技术优势,团队修正了法国主导的ITER电源和日本主导的超导馈线设计方案严重缺陷,实现了向欧美发达国家的技术输出,一些产品国际市场占有率达到100%,让“中国设计”应用于国际大科学工程。 和丁锐一样出生于1983年的叶孜崇来自香港。以前,他对祖国的了解只局限于对岸的深圳,今年是他在合肥科学岛安家的第3年。“祖国的核聚变技术发展飞速,我想来这里试试看。”叶孜崇说,他喜欢岛上的安静,“环境幽静,科研氛围浓厚,我越来越有信心从事更多的核聚变研究。” 夕阳下的“科学岛”依旧平静,微风吹来湖面上水的气息,宽阔的道路上行人步履匆匆,年轻的步伐总是这么轻盈。

责任编辑:陆迪