“人造太陽(yáng)”是怎樣升起的？

2007/1/19 9:50:00

新華網(wǎng)合肥1月15日電(李斌、楊文婷、蔡敏)50毫秒！雖然放電時(shí)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(guó)新一代“人造太陽(yáng)”——全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST），以不爭(zhēng)的建設(shè)、運(yùn)行業(yè)績(jī)向世人表明：中國(guó)人在核聚變實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域站到了世界前沿。

    一個(gè)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(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置是怎樣在中國(guó)升起的？“人造太陽(yáng)”真會(huì)解決這個(gè)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(mèng)想

    太陽(yáng)是通過內(nèi)部的核聚變不斷輻射熱量和能量的。面對(duì)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?

    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(zhǎng)期釋放——實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電，成為人類的夢(mèng)想。

    一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛興建“托卡馬克”裝置——構(gòu)造一個(gè)形如中空面包圈的環(huán)形磁容器，利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束帶電粒子，將聚變?cè)�料加熱到上億攝氏度高溫，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。我國(guó)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(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置放電的時(shí)間很短，最長(zhǎng)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(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)到16分鐘。

    上世紀(jì)末期，美國(guó)、日本、印度等國(guó)家開始研制全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。我國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力”

    國(guó)際上沒有一個(gè)國(guó)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(guó)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(guó)外沒有人相信，認(rèn)為中國(guó)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(zhǎng)武松濤記憶猶新。

    在借鑒一些現(xiàn)有國(guó)際方案和已有先進(jìn)國(guó)家的相關(guān)材料的同時(shí)，中國(guó)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(guó)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(guó)工業(yè)界力量相對(duì)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(gè)這種如同圓珠筆大小的部件，對(duì)方一報(bào)價(jià)：一個(gè)1400美元。“一兩個(gè)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(gè)東西自己做不成！”

    回國(guó)后，31歲的潘皖江博士帶領(lǐng)一個(gè)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(dòng)輒非裂即碎。失敗了一次又一次，歷時(shí)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(jìng)爭(zhēng)力。”

    導(dǎo)體研制、磁體研制、精密加工、絕緣處理……一個(gè)個(gè)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(chǎng)，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(guó)類似裝置已耗資3.5億美元，同樣項(xiàng)目在美國(guó)需要5.7億美元。

    8年時(shí)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(guó)科學(xué)家不僅建成世界上第一個(gè)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(jī)。

    “以前無人理睬，現(xiàn)在國(guó)際重要的聚變大會(huì)競(jìng)相邀請(qǐng)，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(qǐng)報(bào)告。”國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上“待遇”的轉(zhuǎn)變，讓武松濤感觸良多。

    “對(duì)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(gè)同時(shí)具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克”，一系列評(píng)價(jià)接踵而至。“EAST將在未來10年內(nèi)保持世界先進(jìn)水平。”美國(guó)核能專家蓋瑞·杰克遜博士說。

    在我國(guó)率先建成第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克后，日本計(jì)劃參照我國(guó)的方法將現(xiàn)有裝置改造成全超導(dǎo)裝置；美國(guó)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(shí)，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(gè)項(xiàng)目如果沒做好，我們愧對(duì)整個(gè)社會(huì)，愧對(duì)整個(gè)國(guó)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(lì)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(zhǎng)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(gè)院士。“‘單個(gè)’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(gè)研制過程的武松濤說。

    2006年11月21日，國(guó)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(dòng)。這一舉世矚目的反應(yīng)堆將建設(shè)10年。作為參與國(guó)家之一，中國(guó)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(yáng)”的過程，絢爛美麗而又充滿艱辛。擺在中國(guó)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(yáng)”一定會(huì)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(gè)團(tuán)隊(duì)將放一次長(zhǎng)假，“畢竟，我們虧欠大家太多了。”