4層樓高、直徑8米、重400噸——這就是被稱為“人造太陽(yáng)”的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)，坐落在安徽合肥“科學(xué)島”上。
多年來(lái)，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所EAST團(tuán)隊(duì)，為實(shí)現(xiàn)人類開(kāi)發(fā)利用核聚變能源的夢(mèng)想，一直努力奔跑著，目標(biāo)直指在中國(guó)大地上點(diǎn)亮“核聚變發(fā)電的第一盞燈”。
“讓中國(guó)‘人造太陽(yáng)’發(fā)出更多光和熱”
早上7點(diǎn)，EAST實(shí)驗(yàn)物理協(xié)調(diào)人丁銳的身影就已出現(xiàn)在控制室里：“我們正在進(jìn)行新一輪實(shí)驗(yàn)，大屏上跳動(dòng)的數(shù)字，就是‘人造太陽(yáng)’的實(shí)驗(yàn)放電次數(shù)。”
今年，是丁銳加入等離子體物理研究所的第十六個(gè)年頭;歷經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，他見(jiàn)證了EAST一次又一次突破極限……
人類為何要“造太陽(yáng)”?“因?yàn)槊骸⑹汀⑻烊粴獠豢稍偕K有一天會(huì)被耗盡。風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等新能源，受限于天氣或地理環(huán)境，也難以完全滿足需要。”丁銳告訴記者，通過(guò)模擬太陽(yáng)內(nèi)部核聚變?cè)恚瑢?shí)現(xiàn)源源不斷的清潔能源供應(yīng)，是他一直以來(lái)的夢(mèng)想。
懷揣同一個(gè)夢(mèng)想，五湖四海的青年科學(xué)家們匯聚于此。丁銳的團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)研究EAST實(shí)驗(yàn)中等離子體與材料的相互作用，目的是延長(zhǎng)材料的使用壽命。
90后徐國(guó)梁，高中時(shí)聽(tīng)說(shuō)我國(guó)全面開(kāi)展國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃工作的消息后，就在心中埋下了科研報(bào)國(guó)的種子。3年前博士畢業(yè)，徐國(guó)梁成了科研團(tuán)隊(duì)的一員。
作為應(yīng)用超導(dǎo)工程技術(shù)研究室副主任，入所10多年的秦經(jīng)剛承擔(dān)ITER采購(gòu)包多個(gè)關(guān)鍵部件的研發(fā)。他告訴記者，“如果說(shuō)EAST是研究核聚變能的基礎(chǔ)，ITER計(jì)劃則能讓中國(guó)‘人造太陽(yáng)’發(fā)出更多光和熱。”
“沒(méi)了后顧之憂，更能潛心鉆研”
雖然三面環(huán)水，遠(yuǎn)離城市，可在丁銳看來(lái)，“科學(xué)島”上樣樣有。學(xué)校、醫(yī)院齊全，宿舍、食堂便利，“所里連健身設(shè)施都考慮到了，建了籃球場(chǎng)、網(wǎng)球場(chǎng)和羽毛球館，更別提實(shí)驗(yàn)必需的精密儀器了。”
“沒(méi)了后顧之憂，更能潛心鉆研。”丁銳說(shuō)。從技術(shù)突破到工程建設(shè)，從系統(tǒng)集成到科學(xué)研究，EAST團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)又一個(gè)難題。
要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，超導(dǎo)材料十分關(guān)鍵。一根超導(dǎo)線，既要擠壓纏繞，又得擁有一定的空隙率，這曾讓秦經(jīng)剛愁得吃不下飯：“曾經(jīng)請(qǐng)過(guò)國(guó)外專家，也是一籌莫展。要想滿足ITER裝置的要求，只能自主研發(fā)，不斷試驗(yàn)!”
一次次嘗試，一次次調(diào)整方案，歷經(jīng)幾十次失敗，終于，團(tuán)隊(duì)做到了讓銅線100%不斷線。中國(guó)制造的超導(dǎo)電纜，如期應(yīng)用到ITER計(jì)劃中，超導(dǎo)材料也開(kāi)始量產(chǎn)，從進(jìn)口變?yōu)槌隹凇?/p>
為了搭建一個(gè)測(cè)量粒子的能譜設(shè)備，丁銳團(tuán)隊(duì)花了3年時(shí)間：“這個(gè)設(shè)備能為EAST運(yùn)行提供物理數(shù)據(jù)支撐。國(guó)際上沒(méi)人做，出于研究需要，我們就試著自己動(dòng)手。”丁銳說(shuō)，選用哪種探測(cè)器、如何進(jìn)行粒子收集，都靠大家一點(diǎn)點(diǎn)摸索，最終在2020年研發(fā)成功，并很快應(yīng)用在EAST上。
“關(guān)鍵要看解決了什么技術(shù)問(wèn)題”
100秒、200秒、300秒……2021年12月30日，EAST實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。
從上“島”求學(xué)到帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，丁銳的成長(zhǎng)，離不開(kāi)等離子體物理研究所的激勵(lì)體系;在這里，科研工作者的評(píng)價(jià)不單看論文，而是“關(guān)鍵要看解決了什么技術(shù)問(wèn)題”。
“我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)，除科研人員，還有技術(shù)員、工程師，按貢獻(xiàn)度評(píng)定職稱。”等離子體物理研究所副所長(zhǎng)徐國(guó)盛說(shuō)，目的就是鼓勵(lì)大家解決實(shí)際問(wèn)題。
丁銳曾赴歐洲多個(gè)聚變研究中心學(xué)習(xí)、工作，“科學(xué)島”不少研究人員也都有類似經(jīng)歷。“過(guò)去是把科研人員送往國(guó)外深造，如今則有越來(lái)越多外國(guó)學(xué)者來(lái)‘島’上。”徐國(guó)盛說(shuō)，去年一年，外國(guó)學(xué)者以視頻形式遠(yuǎn)程參與的實(shí)驗(yàn)就有幾十次。
在“科學(xué)島”北部?jī)晒锾幍拇罂茖W(xué)裝置集中區(qū)，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施園區(qū)最近剛剛交付。周邊，科學(xué)家小鎮(zhèn)、科學(xué)服務(wù)區(qū)、成果轉(zhuǎn)化區(qū)配套齊全。作為關(guān)鍵部件的研發(fā)中心，園區(qū)將為中國(guó)自主建造聚變工程實(shí)驗(yàn)堆奠定基礎(chǔ)。
丁銳和團(tuán)隊(duì)一起，正向更高參數(shù)穩(wěn)態(tài)高約束等離子體運(yùn)行發(fā)起新的沖擊;這個(gè)平均年齡只有35歲的科研團(tuán)隊(duì)，期待著點(diǎn)亮核聚變的第一顆“人造太陽(yáng)”……
