為解決能源問題 中國大陸核聚變科學家要人造太陽

中國大陸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。

中法核聚變合作周本周在位於安徽合肥的中科院等離子體物理研究所正式開啟。中國大陸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、共用。

根據鳳凰網報導,在開發核聚變能─被人們形象地稱為「人造太陽」的路上,中國大陸已從「追趕者」「並跑者」,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大陸。

起步「逐日」

煤炭、天然氣、石油等化石能源的最終將會枯竭,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。

「中國大陸擁有的第一個半超導核聚變裝置是上世紀九十年代,從國外引進後加以改造發展的。」中國大陸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,中國大陸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,中國大陸科學家拆下了它所有的部件,研究構造和技術,再改造發展。

「中國大陸要有自主建造的核聚變實驗裝置!不是為了科學家寫幾個報告,而是為了真正解決我們一百年、兩百年後的能源問題。」中國大陸科學家發出了這樣的呼聲。一個要為國家和人類命運擔當的科學家團隊站了出來,這個200多人的團隊當時的平均年齡不到40歲。

披荊斬棘追成「並跑」

「當中國大陸宣稱要用2000萬美元建造全超導核聚變裝置,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」寄予著中國大陸科學界的巨大期望。

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!」。

於是,潘皖江博士帶領一個小組,歷時3年,終於將絕緣子研製成功。然而導體研製、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,寧願每天在冰天雪地裡走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,中國大陸自主設計建造的EAST建成,並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、運行後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大陸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雲濤說。

領跑世界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複雜、艱巨的工程。宋雲濤說,EAST的建成讓中國大陸在超導技術上走在世界前列,但要為ITER計劃貢獻中國大陸力量,為中國大陸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,中國大陸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,它相當於全世界最大的微波爐,功率是平常家用微波爐的幾萬倍。這個中國大陸科學家2015年自主做成了。

「我們花了將近十年不斷完善EAST,現在這個裝置裡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秒的超高溫長脈衝等離子體放電。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。五千萬度什麼概念?比太陽中心部的溫度還要高近三倍。」

宋雲濤介紹說,等離子體所還承擔了ITER計劃9%採購包任務。截至目前,中國大陸科學家攻克了採購包任務中遇到的所有技術難關。大陸交付ITER計劃的採購包部件實現了100%國產化,而且全部一次性100%合格,並按期交付。ITER組織兩任總幹事對中方的評價是「中國大陸在採購包的研發、生產方面領先於各方」。

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。儘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大陸!」