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EAST东方超环人造太阳:渴望点亮核聚变的第一盏灯

    2019年07月22日 10:27     来源:网络整理

深圳特区报2019年7月17日讯 (记者李剑辉 王剑锋 李丽 秦绮蔚/文 何龙 邢峻豪/图)人造太阳,不是挂在天空,而是以超导磁场约束,通过波加热,让等离子气体达到上亿度的高温,发生聚变的大科学装置,就像太阳一样,为人类提供源源不断的能量。

在合肥的科学岛上,中国的“人造太阳”——“东方超环”率先实现一亿度的超高温,实现了101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,在聚变这个全球竞争的科学顶峰攀登赛中,一直保持着领先。中国的目标,是点亮人类核聚变的第一盏灯。

“聚变是全人类的梦想。”这是李建刚对中国力量采访组说的第一句话。

李建刚是中国工程院院士,中国磁约束聚变专家委员会召集人,曾任中国科学院等离子体物理研究所所长,在合肥西郊的科学岛上深耕近40年,致力于核聚变研究,是国家重大科学工程“EAST超导托卡马克聚变装置”辅助加热系统的负责人。EAST装置也被称为“东方超环”,是我国自主设计建造的、世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。

简单说来,因为这个装置的目标是实现亿度超高温的核聚变,其能量爆发与太阳类似,也被称为人造太阳。目前EAST已经实现了电子温度1亿度的超高温并持续几秒钟。

控制大厅的外墙上,挂着8块牌子,其中两块是“国际聚变能联合中心”“世界实验室核聚变中心”。“科学无国界,核聚变研究可能是全世界科学家合作最好的一件事。”李建刚说。

一笔划算的买卖:400万物资换来T7

核聚变是全世界能源发展的前沿方向,简单说就是质量小的原子,主要是指氘,在超高温高压下碰撞,发生互相聚合,生成新的质量更重的原子核,比如氦。前苏联科学界发明了托卡马克后,在1958年对全世界解密,包括中国在内的多个国家都陆续开展了对该领域的研究。

一个偶然的机会,让中国的托卡马克有了飞跃的机遇。

“上世纪90年代,在前苏联解体之前,苏联人打算把一个T7的半超导装置赠送给其他国家,然后他们自己做一个更大的。我们的老所长霍裕平对苏联专家说,那就送给我们吧。这件事成为中国聚变史上的一个佳话,我们用价值400万人民币的生活物资,换了前苏联价值1800万卢布的T7装置。”事情虽然已经过去很久了,但讲起这件事,李建刚还是很兴奋。现在,ESAT大厅门口还摆放着已经退役的T7,一米多高,像一个环形穿插进方块里。

有了T7,所里就用这个装置来学习吸收消化,拆解一遍,装上一遍,再拆解一遍,“这样大家就知道,原来托卡马克是这样的啊。”全所上下齐心努力,三年半之后,组装出了自己的托卡马克——合肥超环HT-7,而且比苏联的T7好很多:T7能做到1000万度大概几秒钟,而合肥超环可以做到1200万度持续400多秒。

不过,基于当时的条件,很多部件都无法实现国产,有时还要请俄罗斯专家来检修。有一次,请来一位俄罗斯专家,下午5点多乘飞机抵达,那位专家先是要吃饭、要喝酒,后来又说累了要休息,全所上下几百人就眼睁睁地等着他休息好。“从那时起,我们就下定决心,最关键的技术部分,一定要百分之百国产化。”

一只“科幻蜘蛛”:与EAST亲密接触

实现核聚变,半超导还不够,一定要做全超导,世界各国的科学家都在朝这个方向努力,包括美国、韩国、日本、美国、印度等。经过10年的努力,中国科学院等离子体物理研究所于2006年建成了全超导的东方超环,并且关键的技术部分实现了百分之百国产!

采访组到达时,正是东方超环的实验季,不过,采访组的运气很好,当天早上,正好碰上EAST短暂的停机检测,采访组也有机会近距离和东方超环亲密接触。

EAST控制大厅的外形像是一个巨大的圆形太空舱,科幻感十足。经过两道闸门后,刷卡进入一个密闭的空间,我们见到了EAST的真容。

EAST给人的第一印象像是未来的机器蜘蛛,整个装置重量约400多吨,中间是高11米、直径8米的圆柱形大型超导磁体,由D形的超导线圈围成的,实验时,超导形成的磁约束,让等离子体成为悬在空中的一团火球,不断加热,达到上亿度的超高温。周边的高功率波加热、中性束注入、低温制冷、高功率电源、等离子体诊断、遥操作维护等系统像是伸出来的“腿”,支撑在大型超导磁体周围。抬头向上看去,一面五星红旗矗立在EAST顶部。

在EAST前方,还展示了一些我国创新制造的部件,包括超导线、石墨瓦、钨铜部件、高压绝缘套筒与法兰,以及世界最高参数的68KA超导高温电流引线等,这些都是EAST能够成功运行的基础。