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杨青巍:我参与了“人造太阳”的每一次迭代升级

来源:光明网-《光明日报》2019-09-17 03:57
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  【爱国情?奋斗者

  光明日报记者?金振蓉?周洪双

  前不久,在位于四川成都的中核集团核工业西南物理研究院内,中国环流器二号M装置(HL-2M)的核心部件主机线圈系统成功交付。自此,HL-2M进入总体安装阶段,预计明年五、六月份可投入使用,我国离实现受控核聚变的梦想又跨近了一步。

  “HL-2M是一个大型托卡马克受控核聚变研究装置,是我国自主研制的新一代‘人造太阳’。”HL-2M项目总工程师杨青巍说。

  杨青巍解释,太阳发光发热,靠的是它内部时刻发生着的核聚变反应;氢弹爆炸也是核聚变反应,但无法加以和平利用。托卡马克装置使热核反应在一定约束区域内,根据人们的意图有控制地进行,即受控核聚变,因此该装置被通俗地称为“人造太阳”。可用作受控核聚变燃料的氘在海水中储量十分丰富,且受控核聚变几乎不产生污染,因此“人造太阳”成为人类的“终极能源梦想”。

  杨青巍说自己是幸运的,因为他参与了核西物院“人造太阳”每一次的“迭代升级”,见证着中国受控核聚变研究在几十年间实现从“跟跑”到“并跑”的飞速进步。

  跟跑:跑得很苦,但也跑得很稳

  1983年,杨青巍从中国科技大学毕业,进入核西物院工作。那时候,我国受控核聚变研究尚处于起步阶段,中国环流器一号装置(HL-1)即中国自己设计制造的第一代“人造太阳”还未安装完成,杨青巍就跟着老前辈们做一些辅助性的工作。

  “HL-1的核心指标等离子体电流只有几百千安,与最新的HL-2M的2.5兆安相比,那是数量级的差距。”杨青巍说。

  彼时,国际上开展受控核聚变的试验研究已有几十年的历史。受控核聚变的发生需要上亿度的温度,目前已知的任何材料都承受不了如此高温。不过科学家发现,高温的核聚变燃料以等离子体的形式存在,而等离子体可以被磁场“拴住”。20世纪50年代,前苏联科学家率先发明“托卡马克”装置,对一个游泳圈形状的真空腔施加强大磁场,等离子态的核聚变燃料就悬浮在里面做圆周运动,这样一来,“人造太阳”的“容器”问题就有了解决方案,掀起了磁约束受控核聚变研究的高潮。

  1965年,根据国家“三线”建设统一规划,核西物院的前身“西南585所”在四川省乐山市郊组建。杨青巍回忆,那时没有图纸和相关技术资料的支持,老一辈科学家只能凭借一些零星的国外论文资料,自己琢磨做研发。即便如此,老一辈科学家还是做出了我国自己的托卡马克装置,具备了参与国际合作与竞争的条件。

  “那时跟跑,我们跑得很辛苦,但也跑得很稳。”杨青巍说。

  并跑:从带“耳朵”参会变成带“嘴巴”参会

  1984年,中国环流器一号装置(HL-1)投入试验,到1992年,科学家在该装置上开展了8年等离子体实验研究,取得了400多项科研成果。随后,由杨青巍负责设计,核西物院在HL-1的基础上,改造升级建成HL-1M,使我国拥有了当时国际先进装置具备的各种研究手段。

  1999年由中国核工业集团公司组织的专家评议会认为:中国环流器新一号装置(HL-1M)投入使用后,取得了一批具有特色的、达到国际先进水平的实验成果,使我国的核聚变试验研究水平又迈上了一个新台阶。

  2002年,由杨青巍负责诊断设计和早期试验运行的中国环流器二号A装置(HL-2A)在成都建成投用。2006年,该装置将等离子体温度提升到了5500万度,中国受控核聚变研究走到了国际前沿。

  “进入21世纪,我们的受控核聚变研究迅猛发展,在国际顶级期刊发表的论文,一年比过去十几年都多。”杨青巍说,这个阶段,我国科学家在国际学术会议上,也已经越来越多地发表自己的见解了,“经过几十年发展,我们终于从带‘耳朵’参会,逐步变成带‘嘴巴’参会”。

  2006年,我国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签协定,实施“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”。杨青巍说:“我国作为七方之一,承担了其中约9%的研发制造任务,这也表明我国在受控核聚变研究领域,跨入了与国际‘并跑’的阶段。”

  有望领跑:希望“人造太阳”首先点亮中国的电灯

  近几年来,杨青巍明显感觉到,来到核西物院交流、借用HL-2A做试验的外国同行越来越多了。

  “我们的试验装置不是最先进的,但我们有自己独到的特点,可以为外国同行提供不可或缺的重要试验平台。”杨青巍说,HL-2A的创新优势,得到了国际同行的认可,我们也为国际科研合作作出了重要的贡献。

  “即将建成的HL-2M,瞄准的是和ITER相关的内容。”担任HL-2M总工程师、全面负责HL-2M总体设计和建造工作的杨青巍,在30多年间亲历了我国几代“人造太阳”的迭代升级,每一次升级都让他特别自豪。

  但杨青巍也指出,中国目前核聚变的研究只能说在某些技术上有所突破,并非达到全面跟上或赶超。他告诉记者,目前正在进行第二轮设计的中国聚变工程实验堆(CFETR)计划如果顺利完成,中国将可能真正实现“领跑”。

  据介绍,CFETR项目计划分三步走,第一阶段到2021年,CFETR开始立项建设;第二阶段到2035年,计划建成聚变工程实验堆,开始大规模科学实验;第三阶段到2050年,聚变工程实验堆实验成功,建设聚变商业示范堆,完成人类终极能源梦想。

  杨青巍说,受控核聚变的科学可行性已经得到验证,科学家目前做的工作,很大程度上是在验证受控核聚变的工程可行性,未来希望“人造太阳”首先点亮中国的电灯。

  《光明日报》( 2019-09-17?04版)

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