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中国新一代核聚变实验装置铸造记

发布时间:2018-01-15 23:32内容来源:新电力网 点击:

  从2006年9月28日起的第一轮放电,到2007年1月15日起的第二轮放电,我国新一代"人造太阳"--全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST),以不争的建设、运行业绩向世人表明:中国人在核聚变实验领域站到了世界前沿。

  一个没有人做过的全超导核聚变实验装置,一门最前沿的基础科学……人们不禁要问:"人造太阳"实验装置是怎样在中国升起的?"人造太阳"真会解决这个星球面临的能源问题吗?

  实现核聚变发电,新电力,成为人类的梦想

  太阳是通过内部的核聚变不断辐射热量和能量的。面对人类能源危机,人们将希望的目光寄托在可控热核聚变上。

  上世纪50年代起,人类开始研究核聚变,研制成功氢弹。控制核聚变--让核聚变产生的能量得到约束,温柔平和地长期释放--实现核聚变发电,成为人类的梦想。

  一些发达国家纷纷兴建"托卡马克"装置--构造一个形如中空面包圈的环形磁容器,利用强磁场约束带电粒子,将聚变原料加热到上亿摄氏度高温,实现聚变反应。我国也在上世纪70至90年代在合肥、成都等地兴建了数座托卡马克装置,进行核聚变实验研究。

  然而,由于技术局限,全球现有"人造太阳"实验装置放电的时间很短,最长只有4分钟。人们寄希望于全超导技术的应用,这种技术可以使等离子体稳定运行也就是放电的时间进一步延长到16分钟。

  上世纪末期,美国、日本、印度等国家开始研制全超导核聚变实验装置。我国从1998年起,也将这一项目列为"九五"期间6大科学工程之一,加紧在合肥部署和研制。

  "我们的部件,现在比俄罗斯的还有竞争力"

  国际上没有一个国家研制过全超导托卡马克装置。经验匮乏、资料缺乏,加上经费不足、建设工期较短……中国科学院等离子体研究所EAST团队成立之初,就面临巨大的困难和挑战。

  "听说我们要用2000万美元建造全超导核聚变装置,国外没有人相信,认为中国人只是在嘴上说说而已。"远离合肥市区的科学岛上,回想当年,等离子体研究所副所长武松涛记忆犹新。

  在借鉴一些现有国际方案和已有先进国家的相关材料的同时,中国科学家决定自主设计方案,自主研制一些关键器件,走一条"省钱的路"。

  在国外,类似实验装置的相关部件主要由工业企业生产。EAST工程所需部件大都是非标准产品,而我国工业界力量相对较弱,中科院等离子体研究所设立了上百人的研制中心,自主加工制作关键部件。

  绝缘子是EAST装置的核心部件。1998年武松涛和同事去俄罗斯考察,想买几百个这种如同圆珠笔大小的部件,对方一报价:一个1400美元。"一两个狠狠心就买了,但这么多,就太贵了。"武松涛咬咬牙:"我不信这个东西自己做不成!"

  回国后,31岁的潘皖江博士带领一个小组从基础原理、基础结构、基础实验做起。在超低温下,部件动辄非裂即碎。失败了一次又一次,历时三年终于在2000年研制成功。"我们的部件,现在比俄罗斯的还有竞争力。"

  导体研制、磁体研制、精密加工、绝缘处理……一个个难关相继被攻破。这些技术不仅解决了EAST装置的难题,还可以辐射到其他工业领域。

  约束带电粒子的强磁场,是通过超导导体中的强大电流产生的,而低温是维持材料超导性的先决条件。科学家经过努力,成功地将EAST200多吨冷制部件的温度降到了零下269摄氏度。"2004年,印度自己研制的托卡马克装置降到60多摄氏度,就降不下去了。"项目总工程师翁佩德说。

  预计2008年建成的韩国类似装置已耗资3.5亿美元,同样项目在美国需要5.7亿美元。

  8年时间、2亿元人民币、56项具有自主产权的关键技术--主要依靠自己的力量,中国科学家不仅建成世界上第一个全超导核聚变实验装置,而且实现连续成功放电,以高效率创造了令世人惊异的成绩。

  "以前无人理睬,现在国际重要的聚变大会竞相邀请,成了VIP(贵宾);以前只能是张贴报告,顶多是口头报告,现在是邀请报告。"国际学术会议上"待遇"的转变,让武松涛感触良多。

  "对世界聚变研究产生重要影响的先进科学设备"、"世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克",一系列评价接踵而至。"EAST将在未来10年内保持世界先进水平。"美国核能专家盖瑞·杰克逊博士说。

  在我国率先建成第一个全超导托卡马克后,日本计划参照我国的方法将现有装置改造成全超导装置;美国由于诸多因素,取消了原有计划……

  "我做不下去了,换人吧"

  成功设计出"绝缘子"的潘皖江,在多次失败后一度陷入绝望:"我做不下去了,换人吧。"

  拿不出总体设计方案时,武松涛感觉"走投无路、无从做起"。种种压力叠加,让这位科学家甚至在同事面前掉下了眼泪:"这个项目如果没做好,我们愧对整个社会,愧对整个国家。"

  一双双热情的手伸向他们,一句句温暖的话在他们耳边响起。研究室同事安慰潘皖江,"我们可以一起从头做起,一起从最基础做起。"所里的老研究员鼓励武松涛:"我都能感觉到你们的压力,我相信你们能完成任务。"

  "保证星期六不休息,星期天休息不保证"--这是团队成员们不成文的作息守则。科研人员远赴俄罗斯,从一堆超导导线中挑选优质导线,枯燥的工作一干就是半年,而为了节约经费,研究人员宁愿每天在冰天雪地里走40多分钟,把鞋子都走坏了两双;年近古稀的研究者大热天还坚守在实验室,晕倒后第一句话竟然还在问工作怎么样了。

  何以如此?"是一种精神、一种事业的快乐,支撑起了这些人。"研究所所长李建刚说:"这些'臭皮匠'一起完成一件事,我们所的团队精神没说的。"

  200多人的团队平均年龄40岁,没有一个院士。"'单个'拿出去都不是最强的,但是合在一起就能发生'核聚变'。"经历整个研制过程的武松涛说。

  2006年11月21日,国际热核聚变实验反应堆计划(ITER)终于尘埃落定,正式启动。这一举世瞩目的反应堆将建设10年。作为参与国家之一,中国将承担10%的责任,而中科院等离子体研究所将承担起一批部件的研发任务,涉及超导技术、大功率电源技术、遥控技术等。

  科学家预计要到2050年左右,才能真正实现核聚变发电。摆在中国科学家面前的道路,也同样是充满荆棘。但我们坚信,他们离"太阳"一定会越来越近……

  "我们已经好几年没有过年了。"15日上午,武松涛在电话中告诉新电力网,本轮实验之后,整个团队将放一次长假,"毕竟,我们亏欠大家太多了。"

  文/李斌杨文婷蔡敏(据新电力网合肥1月15日电)

  "人造太阳"再次成功放电

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