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四十载光阴“逐日”,他点亮了聚变的第一盏灯

2023-06-01   光明网   阅读量:141

    【编者按】您现在收听的是科学文化音频栏目——《科学留声机》。模拟太阳产生能量的原理,在地球上建造可控并持续反应的核聚变装置是人类的能源梦想。而如今由李建刚院士带领的等离子体所“人造太阳”研究团队,正在不断冲破极限,为“人造太阳”不断注入一缕缕光芒,让聚变能的“第一盏灯”在中国点亮。

    万物生长靠太阳。太阳之所以发光发热,是因为内部的核聚变反应。实现核聚变的原材料在地球上极其丰富,且排放无污染。如果能在地球上造一个“太阳”,模仿太阳核聚变反应原理,人类有望实现能源自由。为此,中国科学家已经奋斗了50多年。

矢志不渝,扎根核聚变

    在中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所一间宏伟的实验车间内,有这样一幅壁画:天地洪荒的上古世界,巍峨的巨人“夸父”迈着矫健的步伐,踏过恢弘的山川河流,伸手前探。在他手指的方向,一轮红日高悬于天。无惧烈日的灼烤,巨人努力伸手,希望可以够到太阳。

    夸父逐日的神话故事代表着中国人追求自然伟力的浪漫情怀与壮志雄心。如今,李建刚院士正带领着团队让神话走向现实。作为中国“人造太阳”项目学术带头人之一,他参与并负责我国大科学装置—核聚变实验装置的技术发展。

说明: 四十载光阴“逐日”,他点亮了聚变的第一盏灯

李建刚院士在中国科学技术大学讲座

    1985年,李建刚院士来到中国科学院等离子物理研究所参加工作,那时国内关于核聚变的研究相对比较空白,研究条件非常艰苦。

    但为了能够追上发达国家核聚变研究的脚步。怀揣爱国心,万元熙、李建刚、万宝年等“人造太阳”第一代、第二代科研人员“背着馒头出国学习”,参加国际学术会议时如饥似渴学习、不厌其烦请教。

    边研发“太阳”,边实验点亮“太阳”。他们的实验室常年放着行军床,实验、分析、调试、拆解、组装、再实验,干到凌晨乃至通宵是常事。

    “军大衣一盖就能睡着,实验喇叭一响马上就醒。”李建刚说,他和团队在二十年的时间里,进行了将近二十万次的实验,至少实验失败了近五万次。

  正是在这样日复一日的枯燥实验中,核聚变实验的温度从几百万到上千万摄氏度,从三千万提升到五千万甚至上亿摄氏度,“逐日”攻关不断取得突破。

艰苦钻研,破超导难题

    “超高温”与“超低温”共存,“超强磁场”与“超大电流”并行,要在地球上造出“人造太阳”,必须要有性能极其特殊的材料承载。超导便是其中之一。

    要做超导,首先就要几十吨的超导线,恰巧前苏联在60年代有一个非常大的超导加速器计划,但由于各种原因,超导加速器计划被迫停止,留下了大量超导线。由于超导线有好有坏,李建刚和等离子体研究所的团队便冒着大雪来到了西伯利亚,亲自挑线,最终在苏联专家的帮助下,完成了从苏联挑线的工作。

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中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置

    “聚变就是一个太阳,我们做出的等离子体就像我们吃的面包圈一样。要把上亿度的火球悬浮在一个零下269度的大容器里,这件事情在我们做之前全世界都没有做过”。在万元熙院士的带领下,李建刚和等离子体所的研究团队边建设边研发。从超导材料、超导接头、超导配线,到大型磁体系统,如今我国已拥有世界先进的超导技术。从曾经被“卡脖子”的对象到成为超导体主要生产供应商。

    除此之外,“人造太阳”的研究还衍生出一系列重要的创新成果,在低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块,推动一大批高新技术成果实现转移转化。

大刀阔斧,筑大国重器

    从1996年向国家提出申请,李建刚院士和等离子物理研究所的团队花了整整十年的时间,终于把世界第一个全超导托卡马克“东方超环”建成。而整个的东方超环都是由中国科学家和工程技术人员独自设计,其中70%的关键设备、关键仪器,都由等离子体所来承担,整个装置的国产化率达到了90%。

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李建刚院士在会议上发言

    在全超导托卡马克“东方超环”建成的15年时间里,李建刚院士和等离子体所的研究团队成功实现了当初提出的1兆安、1亿度和1000秒的三大科学目标。

2023年4月12日,世界首个全超导托卡马克东方超环(EAST)装置在第122254次实验中成功实现了403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。这对探索未来聚变堆物理基础问题,加快实现聚变发电具有重要意义。

    “自从远古以来,我们的祖先就有‘夸父逐日’的梦想。今天,我们把聚变研究变成工程实践的第一步。”李建刚说,“我相信中国聚变人一定会与世界各地的同行一起,共同点亮聚变的第一盏灯。”

审核专家

张 开 中国传媒大学教授

监    制

战    钊

策    划

蔡 琳 林佳欣 焦子原

编    导

王嘉伟(实习) 刘紫墨(实习)

播    音

崔 伟 玮

制    作

王 嘉 伟

联合出品

中国科协科普部 光明网

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[ 责编:肖春芳 ]