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)家獨立設(shè)計建造的世界首個全超導(dǎo)“人造太陽”實驗裝置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”，成長為具備強大國際輸出能力的“領(lǐng)跑者”?？茖W(xué)家們數(shù)十年艱辛“逐日”，就是盼望核聚變能點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枯竭，使人類未來的命運聚焦在尋找更加持久的清潔能源上。海水中大量蘊藏的同位素氘和氚在聚變成一個氦原子的過程中，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)岷司圩儗嶒炑b置被人們稱之為“人造太陽”，是地球?qū)ふ夷茉闯雎返南Ｍ?/p>

“中國擁有的第一個半超導(dǎo)核聚變裝置是上世紀九十年代，從國外引進后加以改造發(fā)展的。”中國工程院院士李建剛回憶“逐日”之旅的起步，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，國際學(xué)界沒有人相信。”李建剛說。

1998年等離子體所成立團隊，目標是建設(shè)世界首個全超導(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個研究室，兩個技術(shù)支撐中心，攻克一個個難關(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，國外報價一個上千美元?？茖W(xué)家們咬咬牙:“太貴了，不信這個東西我們自己做不成!”

于是，潘皖江博士帶領(lǐng)一個小組，歷時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……一個個難關(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)難點時，為了節(jié)約經(jīng)費，寧愿每天在冰天雪地里走40多分鐘。年近古稀的老科學(xué)家高溫中暈倒在實驗室，醒來第一句話就是問工作怎樣了……

2006年9月，中國自主設(shè)計建造的EAST建成，并完成了首次成功放電，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。與國際同類實驗裝置相比，它在當(dāng)時獲得四項世界“第一”，即使用資金最少、建設(shè)速度最快、投入運行最早、運行后獲得等離子放電最快。

由美、法等國在20世紀80年代中期發(fā)起的、旨在建立世界上第一個受控?zé)岷司圩儗嶒灧磻?yīng)堆的ITER計劃也正是在這時才將中國吸納為七方合作成員之一。“現(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。

渴望用核聚變能點亮第一盞燈

核聚變實驗堆的設(shè)計和建設(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計劃貢獻中國力量，為中國未來建造自己的核聚變商用實驗堆奠定基礎(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難題。比如，未來核聚變實驗堆的等離子體中心溫度必須達到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)在這個裝置里幾乎每一個部件都是我們自己做的。”李建剛說，“2016年1月EAST成功實現(xiàn)了電子溫度超過5千萬度、持續(xù)時間達102秒的超高溫長脈沖等離子體放電。這是國際托卡馬克實驗裝置在電子溫度達到5千萬度時，持續(xù)時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?！?/p>

“我這一輩子，做了將近二十萬次‘人造太陽’的實驗，有將近四萬次失敗了。這是一個非常漫長的過程。盡管一百秒放電離一千秒、一萬秒，離無限量商用還很遠，但是我們會一直往下走。”55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亮，這一盞燈泡一定要在中國!”