【前沿科技科普】接力“逐日”勇攀登——走近中國(guó)“人造太陽”研究團隊

習近平總書記強調，加強基礎研究，是實現高水平科技自立自強的迫切要求，是建設世界科技強國(guó)的必由之路。

四代科研工作者、12萬多次實驗、10餘次創造世界紀錄……中國(guó)有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）屢獲重大突破，今年4月成(chéng)功實現穩态高約束模式等離子體運行403秒的新世界紀錄，這(zhè)對(duì)探索未來聚變堆物理基礎問題，加快實現聚變發(fā)電具有重要意義。

這(zhè)是實驗成(chéng)功後(hòu)的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）控制大廳（2023年4月12日攝）。新華社記者 黃博涵 攝

“人造太陽”是事(shì)關人類實現“能(néng)源自由”、探索宇宙奧秘的遠大事(shì)業。火熱的事(shì)業，卻起(qǐ)于安靜之所——EAST大科學(xué)裝置坐落于合肥西郊、遠離喧嚣的科學(xué)島上。50年來，一批批科研工作者心懷“國(guó)之大者”執著(zhe)攻關，甘坐“冷闆凳”。這(zhè)個幽靜之地，如今已成(chéng)爲國(guó)際科研合作交流的熱土，不少海外科研人員把這(zhè)裡(lǐ)當成(chéng)“家”。

所謂壯舉，皆因奮鬥；所謂奮鬥，重在傳承。四代科研工作者薪火相傳、接力創新、勇攀高峰，胸懷“聚變能(néng)源夢”，向(xiàng)著(zhe)人類美好(hǎo)未來勇毅前行。

幾代人接續奮鬥，一次次沖擊夢想

萬物生長(cháng)靠太陽。太陽之所以發(fā)光發(fā)熱，是因爲内部的核聚變反應。實現核聚變的原材料在地球上極豐富，且排放無污染。如果能(néng)造一個“太陽”發(fā)電，人類有望實現能(néng)源自由。

“這(zhè)麼(me)好(hǎo)的東西，爲何不早點造出來？”中國(guó)工程院院士李建剛說，人類研究核聚變能(néng)源（以下簡稱“聚變能(néng)”）已70餘年，“不是我們太笨，是太難！”

溫度要達到上億攝氏度，還(hái)要穩定持續。“地球上，什麼(me)東西能(néng)長(cháng)時間裝得下上億度的‘火球’？”他說，這(zhè)是全人類的挑戰。

“這(zhè)不是一兩(liǎng)代人能(néng)完成(chéng)，需要幾代人堅持不懈、不計名利地做下去。”84歲的中國(guó)工程院院士萬元熙說。

1973年，中科院啓動建設“合肥受控熱核反應研究實驗站”，随後(hòu)成(chéng)立等離子體物理研究所（以下簡稱“等離子體所”）。

萬元熙來到科學(xué)島已有50年。來時這(zhè)裡(lǐ)條件艱苦，茅草一人多高，一下雨螃蟹、蛤蟆遍地爬，隻有零星幾個建築。缺技術、缺經(jīng)費、缺保障，萬元熙從宿舍騎自行車到實驗室要1個多小時，他跑了3年。

1981年，華羅庚先生從北京趕到合肥，爲聚變能(néng)研究“八号工程”奠基，在“科學(xué)的春天”埋下“太陽”的種(zhǒng)子。

“爲理想不惜任何代價，不怕任何艱難。”懷揣愛國(guó)心，萬元熙、李建剛、萬寶年等“人造太陽”第一代、第二代科研人員“背著(zhe)饅頭出國(guó)學(xué)習”，參加國(guó)際學(xué)術會(huì)議坐在角落，但如饑似渴學(xué)習、不厭其煩請教。

邊研發(fā)“太陽”，邊實驗點亮“太陽”。他們的實驗室常年放著(zhe)行軍床，實驗、分析、調試、拆解、組裝、再實驗，幹到淩晨乃至通宵是常事(shì)。

2005年3月正在總裝的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）。新華社發(fā)

“軍大衣一蓋就能(néng)睡著(zhe)，實驗喇叭一響馬上就醒。”李建剛說，他與團隊20年至少實驗失敗過(guò)5萬次。

從幾百萬到上千萬攝氏度，從三千萬、五千萬到上億攝氏度，“逐日”攻關取得系列突破。

去年以來，宋雲濤、龔先祖等“人造太陽”第三代科研人員帶領青年團隊，曆經(jīng)15個月頑強攻關，最終在4月12日21時達到穩态高約束模式等離子體運行403秒的新高度。

“跟跑、并跑”到“部分領跑”，奮力攀爬新高度

高11米、直徑8米，頂端飄揚著(zhe)五星紅旗……EAST裝置形如巨罐，腹中大有乾坤。

這(zhè)是2021年4月13日拍攝的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）。新華社記者 周牧 攝

“EAST集成(chéng)超高溫、超低溫、超高真空、超強磁場、超大電流等條件。”中科院合肥物質科學(xué)研究院副院長(cháng)、等離子體所所長(cháng)宋雲濤說，尖端技術“熔于一爐”，體現國(guó)家綜合科技實力。

“爲達到超高溫，EAST用4種(zhǒng)大功率加熱系統，相當于幾萬台微波爐一起(qǐ)加熱。”等離子體所副研究員王騰說，地球上最耐熱的材料隻能(néng)承受幾千攝氏度，爲承載上億攝氏度的高溫等離子體，科學(xué)家用磁場做“籠子”，達到地球磁場強度約7萬倍。

曆經(jīng)7年研發(fā)、17年改造升級，如今EAST擁有核心技術200多項、專利2000餘項，上百萬個零部件協同工作。

回首40多年前，初代裝置HT-6B僅能(néng)實現等離子體運行，在國(guó)際上處于“跟跑”。

路遙而不墜其志。時任所長(cháng)霍裕平等人分析發(fā)展趨勢，判斷超導將(jiāng)是未來關鍵技術。經(jīng)費緊張，他們用兩(liǎng)火車皮羽絨服等物資，從國(guó)外換回超導實驗裝置，重新設計改造成(chéng)新裝置HT-7。

HT-7運行18年取得多項突破，2003年實現超過(guò)1分鍾的等離子體放電，标志著(zhe)我國(guó)實現聚變能(néng)研究從跟随到并進(jìn)的躍升。

研制HT-7後(hòu)，等離子體所敢爲天下先，提出建設國(guó)際首台全超導托卡馬克裝置設想，這(zhè)在國(guó)際上尚無先例。那時宋雲濤20多歲，出國(guó)求學(xué)時提及此事(shì)，他的外國(guó)導師直搖頭：“中國(guó)不可能(néng)建成(chéng)，你們不具備這(zhè)個技術。”

“我還(hái)沒(méi)出生時，中國(guó)的衛星就已經(jīng)上天。我們幾代人追這(zhè)個夢，它一定會(huì)實現。”宋雲濤說。

EAST的成(chéng)功令人驚歎：2012年，實現411秒2000萬攝氏度等離子體運行；2016年，實現5000萬攝氏度102秒等離子體運行；2017年，實現101秒高約束模等離子體運行；2021年，實現1.2億攝氏度101秒等離子體運行……

今年4月EAST創造新紀錄後(hòu)，英國(guó)原子能(néng)委員會(huì)主席伊恩·查普曼、美國(guó)通用原子公司副總裁韋恩·所羅門等人發(fā)來賀信說，這(zhè)個重大成(chéng)果給國(guó)際聚變研究帶來極大信心，證明了“團隊奉獻精神和創新工作”。

據了解，EAST國(guó)産化率超90%，80%的關鍵設備、材料自主研發(fā)，控制、加熱、診斷等技術世界先進(jìn)。

自立自強、勇攀高峰，一代代科研工作者的精神内核，支撐起(qǐ)中國(guó)“人造太陽”的強大内核。

2023年4月12日，在全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）控制大廳，EAST物理實驗總負責人龔先祖（右）和中科院合肥物質科學(xué)研究院副院長(cháng)、等離子體物理研究所所長(cháng)宋雲濤（左）在實驗成(chéng)功後(hòu)慶祝。新華社記者 黃博涵 攝

合力點亮“太陽”，科技合作跨洲連洋

2020年7月，習近平主席向(xiàng)國(guó)際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啓動儀式緻賀信時指出，科學(xué)無國(guó)界，創新無止境。國(guó)際科技合作對(duì)于應對(duì)人類面(miàn)臨的全球性挑戰具有重要意義。

我國(guó)2006年簽約加入ITER計劃，等離子體所作爲ITER中國(guó)工作組重要單位，先後(hòu)派駐100多人到法國(guó)項目現場，承擔導體、電源、總裝等采購包任務，以優異性能(néng)通過(guò)國(guó)際評估，在參與ITER計劃的國(guó)際七方中位居前列。

2021年4月，中國(guó)研制的PF6超導磁體線圈在法國(guó)ITER項目現場吊裝。新華社發(fā)

等離子體所研究員彭學(xué)兵說，他們爲ITER做的一個線圈部件，從接到任務到交付做了7年。“有人說這(zhè)是冷闆凳，但是我們心裡(lǐ)有團火，與等離子體‘火球’不斷‘碰撞’。”

“‘人造太陽’研究，沒(méi)有哪國(guó)能(néng)獨攬一切，我們向(xiàng)全世界敞開(kāi)大門。”宋雲濤說，他們已與45個國(guó)家的120餘個單位合作，每年約有500人次的外籍學(xué)者前來交流。

“我來中國(guó)已有30多次，在EAST上做實驗，還(hái)會(huì)給島上學(xué)生做一些講座。”日本國(guó)立聚變科學(xué)研究所教授森田茂說。

“很難想象過(guò)去20多年，中國(guó)的聚變能(néng)研究如此突飛猛進(jìn)。”ITER組織副總幹事(shì)阿蘭·貝庫雷，20多年前讀博時就曾來科學(xué)島訪問，他非常贊賞中國(guó)對(duì)聚變能(néng)研究堅定不移的支持。

“‘人造太陽’需要全球科學(xué)家曆經(jīng)多代人的艱辛，合作研究才能(néng)成(chéng)功。”李建剛希望有更多年輕人加入。“能(néng)把人類夢想、國(guó)家需求和科學(xué)家興趣完美結合，極其幸運！”

 聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施園區全景（2021年9月12日攝）。新華社發(fā)

距EAST不遠處，一個新大科學(xué)裝置——聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施正在建設。下一代“人造太陽”中國(guó)聚變工程實驗堆已完成(chéng)工程設計，未來瞄準建設世界首個聚變示範堆。

“核聚變研究漸入佳境，接力棒已經(jīng)交到我們這(zhè)一代人手裡(lǐ)。”“90後(hòu)”博士後(hòu)李克棟說，作爲“人造太陽”團隊中的第四代，他感覺到幸運、責任和機遇。“我們希望讓聚變發(fā)電率先在中國(guó)實現，第一盞聚變能(néng)源燈在中國(guó)點亮！”