近日,安徽衛視特別策劃——《改革向前·奮進者》欄目聚焦科學島“人造小太陽”。今天,我們一起跟著報道,一同來解密。

核聚變能是一種清潔能源,它的原料來自于海水。人類一旦掌握了和平利用核聚變能的技術,將一勞永逸地解決能源的問題。黨的二十屆三中全會提出:強化基礎研究領域、重點領域前瞻性、引領性布局。在合肥科學島有一個被稱為中國全超導托卡馬克核聚變實驗裝置,簡稱EAST,也被大家親切地稱作人造太陽,在這里有這樣一群科技工作者,他們心懷“國之大者”,從打破外國人說中國人不可能建成人造太陽的論斷,到現在在這一領域創造多項世界紀錄,國際上領先,EAST實驗運行總負責人龔先祖把這40多年的艱難歷程,形象地比喻為“逐日追光”。
在碧水環繞、綠樹掩映的的科學島上,這段時間人造太陽實驗運行總負責人龔先祖,正帶領團隊沖擊一項新的世界紀錄——超過1億度1000秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行,這是聚變研究從基礎研究邁向工程實踐的重要一步。20世紀70年代,中國剛開始啟動可控核聚變應用研究的時候,從研究資料、到技術到成規模的實驗裝置都是一片空白,40多年后,中國人造太陽已經創造了10多次世界紀錄。
2012年,實現30秒高約束模等離子體運行
2016年,實現60秒高約束模等離子體運行
2017年,實現101秒長脈沖高約束模等離子體運行
2018年,實現電子溫度1億度等離子體運行
2020年,實現電子溫度1億度20秒等離子體運行
2021年,實現1.2億度101秒、1.6億度20秒等離子體運行
2022年,實現360秒長脈沖高約束模等離子體運行
2023年,實現403秒可重復的長脈沖高約束模等離子體運行

中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
當年我們建EAST就是東方超環利用的資料,是我們萬元熙院士作為一個訪問學者,在別的實驗室里面帶回來一箱子復印件、光盤,我們通過消化吸收以后才開始自主設計。
時間回到32年前,剛剛走出大學校門的龔先祖就來到了位于合肥科學島上的等離子體所工作,當時也正趕上所里對從前蘇聯引進的托卡馬克裝置T7進行改造。

中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
沒有經費,當時我們利用以物換裝置這種方式,用了皮夾克、羽絨服等等幾車皮的這種生活資料運到俄羅斯,把他們T7裝置換過來,然后通過我們自己幾年的改造,把它變成一個真正的實驗裝置。當年在磁約束聚變,在核聚變的應用這方面,我們把我們自己當做一個“小學生”。
那時候,恰逢中國正在掀起新一輪改革開放的大潮,對缺技術、缺經費、缺保障的中國核聚變研究來說,也迎來了發展的黃金期。甘當“小學生”的龔先祖們,被中國科學院合肥物質院等離子體所派到法國、美國、德國等地,學習世界先進經驗。
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
當時說實話,無論是在國際會議上還是在國際交往中,沒有我們的話語權。我們正好利用改革開放的這個大好的時機,與國際上磁約束聚變這方面有著領先地位的這些實驗室,我們開展了全方位、多層次的一些深入的國際合作,提升我們自己研究隊伍的研究水平。

學成歸來,龔先祖作為科研骨干,很快參與到EAST的建設中來。EAST作為我國重大科技基礎設施,1998年立項,隨后的八年間,與國內科研院所、高校企業多方聯合,克服了人才缺、資金少、技術薄弱等一系列困難,到2006年,建成了國產化率超過80%,國際領先的EAST,中國人開始在具有自主知識產權的核聚變能實驗裝置上開展各項實驗。然而,短暫的興奮過后,實驗過程中新的問題又出現了。
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行 總負責人 龔先祖:
實驗的過程中,這是(國內)第一個非圓截面的,就是有偏濾器位型的這種等離子體,當時我們沒有任何經驗。
如果把正在運行的EAST比喻成一個長跑的人,偏濾器就相當于他的肺。龔先祖帶領著“追光者”們在自主創新的賽道上加速奔跑,那段時間,“軍大衣一蓋就能睡著,實驗喇叭一響馬上就醒。”龔先祖他們從偏濾器的設計、選材、加工制造,到運用的精度、位型的優化逐個攻關,實現了國產化。短短十幾年,很多像偏濾器一樣的關鍵部件,已經由原來完全依賴進口到現在開始對國外輸出。
記者:龔老師,我們現在中國的“人造太陽”在國際上實驗水平處于一個什么地位啊?
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行 總負責人 龔先祖:
目前EAST在長脈沖穩態運行方面處于世界領先地位。
截至目前,中國“人造太陽”已累計開展實驗14萬多次。2023年4月,龔先祖和他的團隊沖刺一項新的世界紀錄,就是穩態高約束模式等離子體運行400秒,為了這次實驗,他們厲兵秣馬了整整5年。

中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行 總負責人 龔先祖:
如果一旦我們失控,會發生一些意外的安全事件,強的電子流,強的熱流,那會對整個裝置會是威脅。那這樣我們整個的團隊運用集成的技術、主動控制的技術,我們能夠把這樣高溫的等離子體牢牢地約束住,避免這個等離子體與任何部件相接觸。
2023年4月12日21點,龔先祖和他的團隊終于成功實現了穩態高約束模式等離子體運行403秒,刷新了2017年他們創造的101秒的世界紀錄,朝著“人造太陽”中國點亮的夢想,又向前邁進了一大步,安徽省委省政府為此專門致電祝賀。
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行 總負責人 龔先祖:
安徽對于EAST項目給予了極大的支持,在我們EAST升級改造過程中,無論是從資金的支持,包括對科研人員的待遇方面、生活方面都給予了大力支持,使得我們能夠在全球范圍內有著非常良好的優勢去引進我們急需的人才。

“逐日追光”是場接力賽,隨著等離子體所人才培養體系改革的不斷深化,龔先祖和他的團隊在人才體系建設中,不論學歷、不論職稱、不論年齡,通過揭榜掛帥的機制,設立了攻關小組、尖兵隊、尖刀排,現在EAST團隊的平均年齡只有39歲,20多個子系統中有九成是中青年負責人挑大梁。青年科學家徐旵東在龔先祖的團隊中專攻等離子體加熱,他們這個子系統是EAST能不能達到上億度高溫的關鍵。
中國科學院合肥物質院等離子體所青年科學家徐旵東:
這是我們其中一套微波加熱系統,它這一套系統最大輸出功率可以達到一個兆瓦,也就是大概有1000臺微波爐這樣的量,我們剛開始設計制造這個系統的時候,經驗不是太充分,我們曾經出現過當高功率的這種微波傳輸給托卡馬克的時候,我們發現這個波導(管)曾經出現過加熱就像炮管打炮打紅了那種狀態。

為了解決波導管加熱出現故障的問題,徐旵東和他的小伙伴們夜以繼日進行攻關,花了一年多的時間,通過成千上萬次測試,最終微波加熱系統正常運轉。當遇到困難,龔先祖的團隊喜歡從老一輩科學家身上汲取精神力量。

中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
科學家精神,我們認為就是應該我們是做國家人、國家事、國家隊、國家責,正是由于我們之前的這些老一輩的科學家們給我們EAST團隊奠定了非常好的基礎,希望我們能夠傳承我們老一輩科學家精神,能夠把EAST做好,把未來的聚變(應用)做好。
中國科學院合肥物質院等離子體所科學家徐旵東:
正是因為這些老科學家積淀這種科學家精神,激勵著我們在一步步地往前走。

滄海桑田、斗轉星移,現在每年都有300多人次外國同行來到科學島,學習聚變能研究的中國方案、中國智慧。
國際熱核聚變實驗堆ITER科學家理查德 皮茨:
EAST是一個非常好的裝置,對我們ITER的科學家有很大的幫助。同時,中國聚變能的相關發展也給ITER的科學家一個很大的震撼,對國際核聚變研究來說是一個非常好的標桿。
久久為功,堅持不懈,白天做實驗,晚上分析實驗數據尋找薄弱環節,夜以繼日,從3000萬、5000萬度到上億攝氏度,龔先祖和他的團隊在“逐日”攻關上不斷取得新的突破。現在的EAST已擁有核心技術200多項、專利超過2000項。

中國科學院合肥物質院副院長、等離子體所所長 宋云濤:
習近平總書記提出,創新是引領發展的第一動力,抓創新就是抓發展,謀創新就是謀未來,我想我們從事的這核聚變研究也是一個縮影。我們從當初的跟跑并跑到領跑,實現了一個一個的跨越。
做實驗和踢足球是龔先祖最大的兩個愛好,每當實驗遇到困難,龔先祖就叫上團隊的年輕人踢踢球。在酷愛足球的龔先祖眼里,從事聚變能研究三十多年來感觸最深的就是團結協作的大科學精神,支撐著他們不斷爬坡過坎,勇攀高峰。
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
在我們追求我們科學目標的過程中,一個團隊,一股精神,一股力量。我們的裝置一直是連續在運行,可能連續一周兩周連自己家的孩子都見不到。作為這個團隊的一份子,我們每個人發揮我們自己的聰明才智,這樣最后匯總的就是我們最終的科學目標的實現,我們的成果的取得。

黨的十八大以來,以習近平同志為核心的黨中央把科技創新擺在國家發展全局的核心位置。黨的二十屆三中全會提出,教育、科技、人才是中國式現代化的基礎性、戰略性支撐。必須深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略,統籌推進教育科技人才體制機制一體改革,健全新型舉國體制,提升國家創新體系整體效能。
中國科學院合肥物質院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖:
我們要堅決貫徹三中全會的精神,在科研體制上我們需要更多的創新的舉措,才能更適應于我們未來的發展,真正地占據磁約束聚變能各項研究的制高點。道路是坎坷的,并且在這個研究的過程中可能會有一次又一次的失敗,但是我們不怕失敗,我們也不怕困難。跌倒了我們再爬起來,通過一代又一代人的努力,能夠利用核聚變能,點燃所有人的燈。

眼下,在合肥科學島西北面的不遠處,比“人造太陽”更先進的聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施園區已經拔地而起。等離子體所一代又一代的科研工作者,作為勇敢的登攀者,正接力創新、勇攀高峰,讓“人造太陽”一步步從夢想變成現實。
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