“人造太陽”路上，中國躋身“領跑者”

文/蔡敏

“人造太陽”路上，中國躋身“領跑者”

文/蔡敏

由中國科學家獨立設計建造的世界首個全超導“人造太陽”實驗裝置EAST向世界全面開放、共享。

在開發核聚變能——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“領跑者”。科學家們數十年艱辛“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。因此受控熱核聚變實驗裝置被人們稱之為“人造太陽”，是地球尋找能源出路的希望。

“中國擁有的第一個半超導核聚變裝置是上世紀九十年代，從國外引進后加以改造發展的。”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，中國科學家拆下了它所有的部件，研究構造和技術，再改造發展。

披荊斬棘追成“并跑”

“當中國宣稱要用2000萬美元建造全超導核聚變裝置時，國際學界沒有人相信。”李建剛說。

1998年等離子體所成立團隊，目標是建設世界首個全超導非圓截面核聚變裝置EAST，它的中文名字“東方超環”寄予著中國科學界的巨大期望。等離子體所成立12個研究室，兩個技術支撐中心，攻克一個個難關。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。科學家們咬咬牙:“太貴了，不信這個東西我們自己做不成!”

于是，潘皖江博士帶領一個小組，歷時3年，終于將絕緣子研制成功。然而導體研制、水冷系統、精密加工……一個個難關，一次次失敗卻接踵而至。有的科學家在國外求解技術難點時，為了節約經費，寧愿每天在冰天雪地里走40多分鐘。年近古稀的老科學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，它在當時獲得四項世界“第一”，即使用資金最少、建設速度最快、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年代中期發起的、旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆的ITER計劃也正是在這時才將中國吸納為七方合作成員之一。“現在每年上千人次的國外科學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習。”中科院等離子體所常務副所長宋云濤說。

渴望用核聚變能點亮第一盞燈

核聚變實驗堆的設計和建設是一件十分復雜、艱巨的工程。宋云濤說，EAST的建成讓中國在超導技術上走在世界前列，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，“關鍵技術和部件一定要100%國產化!”

他介紹說，中國科學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備，它相當于全世界最大的微波爐，功率是平常家用微波爐的幾萬倍。這個中國科學家2015年自主做成了。

“我們花了將近十年不斷完善EAST，現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成功實現了電子溫度超過5千萬度、持續時間達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。”

“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!”