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“人造太陽”是怎樣升起的?
中國發(fā)展門戶網(wǎng) www.chinagate.com.cn  2007 年 01 月 15 日 
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由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一個“人造太陽”,3月在合肥成功完成首次工程調(diào)試。

--中國新一代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置鑄造記

50毫秒!雖然放電時間不到1秒,卻使人們進(jìn)一步看到了通過核聚變解決能源問題的希望。

從2006年9月28日起的第一輪放電,到2007年1月15日起的第二輪放電,我國新一代“人造太陽”——全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST),以不爭的建設(shè)、運(yùn)行業(yè)績向世人表明:中國人在核聚變實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域站到了世界前沿。

一個沒有人做過的全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,一門最前沿的基礎(chǔ)科學(xué)……人們不禁要問:“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置是怎樣在中國升起的?“人造太陽”真會解決這個星球面臨的能源問題嗎?

實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電,成為人類的夢想

太陽是通過內(nèi)部的核聚變不斷輻射熱量和能量的。面對人類能源危機(jī),人們將希望的目光寄托在可控?zé)岷司圩兩稀?/p>

上世紀(jì)50年代起,人類開始研究核聚變,研制成功氫彈。控制核聚變——讓核聚變產(chǎn)生的能量得到約束,溫柔平和地長期釋放——實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電,成為人類的夢想。

一些發(fā)達(dá)國家紛紛興建“托卡馬克”裝置——構(gòu)造一個形如中空面包圈的環(huán)形磁容器,利用強(qiáng)磁場約束帶電粒子,將聚變原料加熱到上億攝氏度高溫,實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。我國也在上世紀(jì)70至90年代在合肥、成都等地興建了數(shù)座托卡馬克裝置,進(jìn)行核聚變實(shí)驗(yàn)研究。

然而,由于技術(shù)局限,全球現(xiàn)有“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置放電的時間很短,最長只有4分鐘。人們寄希望于全超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用,這種技術(shù)可以使等離子體穩(wěn)定運(yùn)行也就是放電的時間進(jìn)一步延長到16分鐘。

上世紀(jì)末期,美國、日本、印度等國家開始研制全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。我國從1998年起,也將這一項(xiàng)目列為“九五”期間6大科學(xué)工程之一,加緊在合肥部署和研制。

“我們的部件,現(xiàn)在比俄羅斯的還有競爭力”

國際上沒有一個國家研制過全超導(dǎo)托卡馬克裝置。經(jīng)驗(yàn)匱乏、資料缺乏,加上經(jīng)費(fèi)不足、建設(shè)工期較短……中國科學(xué)院等離子體研究所EAST團(tuán)隊(duì)成立之初,就面臨巨大的困難和挑戰(zhàn)。

“聽說我們要用2000萬美元建造全超導(dǎo)核聚變裝置,國外沒有人相信,認(rèn)為中國人只是在嘴上說說而已。”遠(yuǎn)離合肥市區(qū)的科學(xué)島上,回想當(dāng)年,等離子體研究所副所長武松濤記憶猶新。

在借鑒一些現(xiàn)有國際方案和已有先進(jìn)國家的相關(guān)材料的同時,中國科學(xué)家決定自主設(shè)計(jì)方案,自主研制一些關(guān)鍵器件,走一條“省錢的路”。

在國外,類似實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)部件主要由工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)。EAST工程所需部件大都是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,而我國工業(yè)界力量相對較弱,中科院等離子體研究所設(shè)立了上百人的研制中心,自主加工制作關(guān)鍵部件。

絕緣子是EAST裝置的核心部件。1998年武松濤和同事去俄羅斯考察,想買幾百個這種如同圓珠筆大小的部件,對方一報(bào)價:一個1400美元。“一兩個狠狠心就買了,但這么多,就太貴了。”武松濤咬咬牙:“我不信這個東西自己做不成!”

回國后,31歲的潘皖江博士帶領(lǐng)一個小組從基礎(chǔ)原理、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)做起。在超低溫下,部件動輒非裂即碎。失敗了一次又一次,歷時三年終于在2000年研制成功。“我們的部件現(xiàn)在比俄羅斯的還有競爭力。”

導(dǎo)體研制、磁體研制、精密加工、絕緣處理……一個個難關(guān)相繼被攻破。這些技術(shù)不僅解決了EAST裝置的難題,還可以輻射到其他工業(yè)領(lǐng)域。

約束帶電粒子的強(qiáng)磁場,是通過超導(dǎo)導(dǎo)體中的強(qiáng)大電流產(chǎn)生的,而低溫是維持材料超導(dǎo)性的先決條件。科學(xué)家經(jīng)過努力,成功地將EAST200多噸冷制部件的溫度降到了零下269攝氏度。“2004年,印度自己研制的托卡馬克裝置降到60多攝氏度,就降不下去了。”項(xiàng)目總工程師翁佩德說。

預(yù)計(jì)2008年建成的韓國類似裝置已耗資3.5億美元,同樣項(xiàng)目在美國需要5.7億美元。

8年時間、2億元人民幣、56項(xiàng)具有自主產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)——主要依靠自己的力量,中國科學(xué)家不僅建成世界上第一個全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,而且實(shí)現(xiàn)連續(xù)成功放電,以高效率創(chuàng)造了令世人驚異的成績。

“以前無人理睬,現(xiàn)在國際重要的聚變大會競相邀請,成了VIP(貴賓);以前只能是張貼報(bào)告,頂多是口頭報(bào)告,現(xiàn)在是邀請報(bào)告。”國際學(xué)術(shù)會議上“待遇”的轉(zhuǎn)變,讓武松濤感觸良多。

“對世界聚變研究產(chǎn)生重要影響的先進(jìn)科學(xué)設(shè)備”、“世界上第一個同時具有全超導(dǎo)磁體和主動冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克”,一系列評價接踵而至。“EAST將在未來10年內(nèi)保持世界先進(jìn)水平。”美國核能專家蓋瑞·杰克遜博士說。

在我國率先建成第一個全超導(dǎo)托卡馬克后,日本計(jì)劃參照我國的方法將現(xiàn)有裝置改造成全超導(dǎo)裝置;美國由于諸多因素,取消了原有計(jì)劃……

“我做不下去了,換人吧”

成功設(shè)計(jì)出“絕緣子”的潘皖江,在多次失敗后一度陷入絕望:“我做不下去了,換人吧。”

拿不出總體設(shè)計(jì)方案時,武松濤感覺“走投無路、無從做起”。種種壓力疊加,讓這位科學(xué)家甚至在同事面前掉下了眼淚:“這個項(xiàng)目如果沒做好,我們愧對整個社會,愧對整個國家。”

一雙雙熱情的手伸向他們,一句句溫暖的話在他們耳邊響起。研究室同事安慰潘皖江,“我們可以一起從頭做起,一起從最基礎(chǔ)做起。”所里的老研究員鼓勵武松濤:“我都能感覺到你們的壓力,我相信你們能完成任務(wù)。”

“保證星期六不休息,星期天休息不保證”--這是團(tuán)隊(duì)成員們不成文的作息守則。科研人員遠(yuǎn)赴俄羅斯,從一堆超導(dǎo)導(dǎo)線中挑選優(yōu)質(zhì)導(dǎo)線,枯燥的工作一干就是半年,而為了節(jié)約經(jīng)費(fèi),研究人員寧愿每天在冰天雪地里走40多分鐘,把鞋子都走壞了兩雙;年近古稀的研究者大熱天還堅(jiān)守在實(shí)驗(yàn)室,暈倒后第一句話竟然還在問工作怎么樣了。

何以如此?“是一種精神、一種事業(yè)的快樂,支撐起了這些人。”研究所所長李建剛說:“這些‘臭皮匠’一起完成一件事,我們所的團(tuán)隊(duì)精神沒說的。”

200多人的團(tuán)隊(duì)平均年齡40歲,沒有一個院士。“‘單個’拿出去都不是最強(qiáng)的,但是合在一起就能發(fā)生‘核聚變’。”經(jīng)歷整個研制過程的武松濤說。

2006年11月21日,國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃(ITER)終于塵埃落定,正式啟動。這一舉世矚目的反應(yīng)堆將建設(shè)10年。作為參與國家之一,中國將承擔(dān)10%的責(zé)任,而中科院等離子體研究所將承擔(dān)起一批部件的研發(fā)任務(wù),涉及超導(dǎo)技術(shù)、大功率電源技術(shù)、遙控技術(shù)等。

科學(xué)家預(yù)計(jì)要到2050年左右,才能真正實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電。追逐“太陽”的過程,絢爛美麗而又充滿艱辛。擺在中國科學(xué)家面前的道路,也同樣是充滿荊棘。但我們堅(jiān)信,他們離“太陽”一定會越來越近……

“我們已經(jīng)好幾年沒有過年了。”15日上午,武松濤在電話中告訴記者,本輪實(shí)驗(yàn)之后,整個團(tuán)隊(duì)將放一次長假,“畢竟,我們虧欠大家太多了。”(李斌、楊文婷、蔡敏)

來源: 新華網(wǎng)

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