“人造太阳”是怎样升起的？

2007/1/19 9:50:00

新华网合肥1月15日电(李斌、杨文婷、蔡敏)50毫秒！虽然放电时间不到１秒，却使人们进一步看到了通过核聚变解决能源问题的希望。

    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，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。追逐“太阳”的过程，绚烂美丽而又充满艰辛。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记者，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。”