“人造太陽”研究之路

中國科學(xué)院等離子體物理研究所

太陽每日東起西落，普照大地，孕育自然萬物，其能量源自其內(nèi)部時刻不停的核聚變反應(yīng)。當(dāng)科學(xué)家們了解核聚變原理之后便產(chǎn)生了一個夢想：如果在地球上建造一個“人造太陽”，則可源源不斷為人類提供清潔能源，造福子孫后代。

托卡馬克：“人造太陽”點燃人類未來能源的希望之光

盡管人類已實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈爆炸，但要想讓聚變能量被有效利用，就要實現(xiàn)可控核聚變。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了磁約束的概念，并建成了一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器裝置，稱為托卡馬克（Tokamak）。它的名字來源于環(huán)形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、線圈（kotushka），是俄語“磁線圈環(huán)形真空室”的縮寫。

托卡馬克是一種環(huán)型裝置，真空腔室外面纏繞著布置復(fù)雜的導(dǎo)體線圈，通入上萬安電流時真空腔室內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，通過驅(qū)動導(dǎo)體線圈和外部輔助加熱裝置大功率共同加熱，創(chuàng)造了實現(xiàn)氘核聚變的強磁場和超高溫環(huán)境，并實現(xiàn)人類對聚變反應(yīng)的控制。核聚變能與太陽產(chǎn)生能量的方式相同，因此受控?zé)岷司圩儗嶒炑b置被人們稱為“人造太陽”。

EAST裝置：突破難題填補空白 國際上開放共享的研究平臺

由中科院等離子體所自主設(shè)計、研制并擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的EAST裝置是世界上第一個非圓截面全超導(dǎo)偏濾器位形托卡馬克。它集超高溫、超低溫、超大電流、超強磁場和超高真空5個極限于一身。其獨有的非圓截面、全超導(dǎo)及主動冷卻內(nèi)部結(jié)構(gòu)三大特性，為受控核聚變相關(guān)的前沿物理問題研究，為未來穩(wěn)態(tài)、安全、高效的商業(yè)聚變堆提供了物理和工程技術(shù)基礎(chǔ)。

歷經(jīng)八年，克服重重困難，EAST于2006年建成并成功運行。一些獨創(chuàng)的技術(shù)得到國際同行的贊賞和借鑒。至今已開展了10輪物理實驗，總放電超過64000次，先后創(chuàng)造多項托卡馬克運行的世界紀(jì)錄。近年來，每年上千人次國外科學(xué)家在EAST上開展合作研究，EAST已成為國際上重要的聚變研究實驗平臺。由17位國際著名核聚變專家組成的EAST國際顧問委員會評估認(rèn)為EAST必將對國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃及下一代聚變裝置產(chǎn)生更多世界級的、獨一無二的貢獻(xiàn)。

參與ITER突破ITER：走中國核聚變研究之路

由歐盟、美、日、俄、中、韓、印七方共同承擔(dān)的ITER計劃，是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科技合作項目之一。等離子體所作為ITER計劃中國工作組主要依托單位，通過國際競爭承擔(dān)了ITER多項高難度核心任務(wù)，實現(xiàn)ITER大電流超導(dǎo)導(dǎo)體100%中國制造，產(chǎn)品質(zhì)量100%滿足要求，進(jìn)度位列七方前列。

等離子體所在參與ITER計劃的同時，還積極參與、推動我國未來聚變工程實驗堆（CFETR）建設(shè)工作。CFETR是真正利用核聚變?nèi)剂线M(jìn)行發(fā)電的工程實驗堆，是實現(xiàn)聚變能商用化的重要步驟。等離子體所通過多年的拼搏與實踐，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的科學(xué)研究與工程技術(shù)人才，積累和掌握了一系列聚變研究核心技術(shù)，有基礎(chǔ)、有能力建設(shè)我國聚變工程實驗堆。目前，在科技部組織下，等離子體所參與CFETR設(shè)計與預(yù)研，并取得一系列進(jìn)展。

人類能否實現(xiàn)“人造太陽”的夢想？科學(xué)家們相信一定能！人類社會的發(fā)展始終離不開能源的使用，化石能源的使用終將過去而新能源的運用必然到來。雖然核聚變能研究還有很多難題需要破解，但等離子體所的科研團隊始終堅守新能源夢想，并為之奮斗不息，希望在不久的將來，地球上會亮起一盞用聚變能點亮的燈！