潘垣：貢獻(xiàn)世界核聚變領(lǐng)域“中國方案”

尹璇 趙雯

潘垣，1933年8月生，湖北宜昌人，中共黨員。中國工程院院士、華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，磁約束聚變技術(shù)、高功率脈沖電源技術(shù)專家，國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ITER中國專家委員會(huì)科學(xué)顧問、國家重大專項(xiàng)〈慣約〉專家委員會(huì)委員。獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。他是中國最早從事核聚變研究的主要成員之一，中國核聚變電磁工程和大型脈沖電源技術(shù)的主要開拓者。負(fù)責(zé)研制“小龍Ⅱ”和“凌云”核聚變等離子體實(shí)驗(yàn)研究裝置;參與主持“中國環(huán)流器一號(hào)”的研制建造，解決了許多重大技術(shù)難題;負(fù)責(zé)完成了托卡馬克HT-6M的脈沖電源與控制系統(tǒng)的升級(jí)改造。

“人造太陽”是可控核聚變反應(yīng)裝置的俗稱。1984年9月21日，由我國自行設(shè)計(jì)和研制的最大受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1）”，在四川樂山近郊的核聚變實(shí)驗(yàn)基地成功建成啟動(dòng)。從此，世界核聚變研究領(lǐng)域真正第一次出現(xiàn)“中國”的名字。這離不開無數(shù)科研人員的心血與汗水，中國工程院院士、磁約束聚變技術(shù)和高功率脈沖電源技術(shù)專家潘垣就是其中之一。

潘垣是中國最早一批從事核聚變研究的科研人員之一，中國核聚變電磁工程和大型脈沖電源技術(shù)的主要開拓者。

中國首項(xiàng)

重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建成

1951年，潘垣考取了武漢大學(xué)電機(jī)系。當(dāng)時(shí)武漢大學(xué)聚集了一批優(yōu)秀的理工教師，為潘垣打下了良好的數(shù)理基礎(chǔ)。1953年因院系調(diào)整轉(zhuǎn)入華中工學(xué)院。1955年，大學(xué)畢業(yè)后他被分配到武漢電管局中心試驗(yàn)所工作，1年后任高壓組組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)建設(shè)高壓實(shí)驗(yàn)室。

1958年，潘垣選調(diào)進(jìn)入二機(jī)部401所（原子能研究所），開啟了我國磁約束核聚變的科學(xué)研究，也迎來了他人生的重大轉(zhuǎn)折。在401所14室，潘垣先后主持了小型核聚變裝置“小龍Ⅱ”“凌云”等設(shè)計(jì)研制。1969年，401所14室與503所合并組建為585所（磁約束核聚變研究所）。

1984年，潘垣參與主持的我國第一項(xiàng)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中型托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置——“中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1）”建成。

早在1969年，潘垣調(diào)研發(fā)現(xiàn)，自1968年國際聚變大會(huì)報(bào)道了蘇聯(lián)T-3托卡馬克的突出實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，美國等西方大國立即作出調(diào)整，轉(zhuǎn)向托卡馬克，很快成為聚變研究的主流。于是，1970年，他提出盡快調(diào)整方向，轉(zhuǎn)向托卡馬克。在585所黨委領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過兩次“會(huì)戰(zhàn)”，于1970年底向二機(jī)部黨組匯報(bào)并得到批準(zhǔn)后，由潘垣主講，向國防科委做正式匯報(bào)。1972年國家計(jì)委正式批準(zhǔn)下達(dá)總投資6500萬元，代號(hào)451工程，意即“第4個(gè)5年計(jì)劃第1號(hào)工程”。

“中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1）”建造工程啟動(dòng)之初，參考材料極為缺乏，工程設(shè)計(jì)人員手里僅有介紹蘇聯(lián)相關(guān)裝置概況的4頁文章。至于裝置的每一個(gè)部件具體該怎樣設(shè)計(jì)，則需要自己摸索琢磨。

經(jīng)歷十多年的艱苦攻關(guān)，他們成功研制了“中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1）”。在設(shè)備的研制階段，潘垣還主持研制成功2臺(tái)中國容量最大的交流脈沖發(fā)電機(jī)組，并一直應(yīng)用至今。

“中國環(huán)流器一號(hào)（HL-1）”取得了多項(xiàng)科研成果，并獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，為中國受控核聚變的研究和發(fā)展提供了重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它標(biāo)志著我國受控核聚變研究由原理探索進(jìn)入到規(guī)模物理實(shí)驗(yàn)階段，使我國成為除美國、蘇聯(lián)、日本和西歐外，自主研制成功中型托卡馬克核聚變研究裝置的國家。潘垣正是憑借這項(xiàng)巨大貢獻(xiàn)，成功當(dāng)選中國工程院院士。

1983年10月，潘垣進(jìn)入中國科學(xué)院等離子體物理研究所，繼續(xù)從事核聚變研究，負(fù)責(zé)完成代號(hào)HT-6M托卡馬克（其規(guī)模僅次于585所的HL-1）升級(jí)改造。

1998年10月，潘垣進(jìn)入華中理工大學(xué)（現(xiàn)為華中科技大學(xué)）。在科技部領(lǐng)導(dǎo)下，作為我國核聚變專家組和專家委員會(huì)成員，參與論證并成功實(shí)現(xiàn)我國參加當(dāng)代最大的國際合作大科學(xué)工程——國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）計(jì)劃。隨后，充分借助中美磁約束聚變合作計(jì)劃，成功將美國的TEXT-U主機(jī)與電源搬遷到我國，經(jīng)過改進(jìn)與充實(shí)，重建于華中科技大學(xué)，并命名為J-TEXT，成為教育部磁約束聚變與等離子體國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。基于該裝置，針對(duì)ITER最突出的科技問題——等離子體大破裂，開展了十幾年的理論與實(shí)驗(yàn)研究，取得的成果已被ITER顧問專家委員會(huì)選定為ITER的4臺(tái)預(yù)實(shí)驗(yàn)裝置之一。

從無到有

國家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心

上世紀(jì)末，潘垣敏銳地注意到，自20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)以來，歐美相繼建設(shè)了脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室。他隨即于2001年提出應(yīng)盡快建設(shè)中國脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置。得到學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)支持后，他立即組織隊(duì)伍，依托J-TEXT大型脈沖發(fā)電機(jī)組和由他開啟的脈沖功率技術(shù)，正式申報(bào)“十一五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃，并順利通過專家評(píng)審。2007年正式啟動(dòng)建設(shè)，2013年實(shí)驗(yàn)室建成，2014年順利通過國家驗(yàn)收，建成了教育部部屬高校和湖北省首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——武漢國家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心。

至今，脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置已累計(jì)開放運(yùn)行超過6萬小時(shí)，為北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院物理所、美國哈佛大學(xué)、英國劍橋大學(xué)等103家國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)開展科學(xué)研究1389項(xiàng)，在高溫超導(dǎo)、拓?fù)浒虢饘佟⒎肿哟朋w、石墨烯等前沿研究領(lǐng)域取得豐碩成果，在Science、Nature子刊、PRL、JACS等高水平期刊發(fā)表SCI收錄論文1190篇，有效推動(dòng)了我國基礎(chǔ)前沿學(xué)科的發(fā)展。

2019年，脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2021年，脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)優(yōu)化提升項(xiàng)目（二期工程），經(jīng)多輪專家評(píng)審，已獲批納入“十四五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃。

自主創(chuàng)新

柔性直流電網(wǎng)工程

早在中科院等離子體物理所工作時(shí)，潘垣就研制出針對(duì)大型發(fā)電機(jī)內(nèi)部事故的氧化鋅非線性電阻快速滅磁保護(hù)技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣。

近年，針對(duì)京津冀地區(qū)嚴(yán)重霧霾問題，他提出通過建設(shè)柔性直流電網(wǎng)，解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以電代煤、以電代油。“電從華北風(fēng)場(chǎng)來”的技術(shù)方案上呈習(xí)近平總書記，獲得了習(xí)近平總書記批示。在國家能源局領(lǐng)導(dǎo)下，由國家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)，順利建成了張北柔性直流電網(wǎng)國家示范工程，從而為2022年冬奧會(huì)的舉辦，提供了優(yōu)質(zhì)環(huán)境保障。同時(shí)，他還與上海思源電氣合作研制出世界首臺(tái)50萬伏機(jī)械型直流斷路器，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)研制出全球開斷容量最大的高壓、超高壓交流斷路器和交流限流器。

數(shù)十年來，潘垣從未停止科研腳步，他始終瞄準(zhǔn)國家需求和國際前沿課題，積極參與國際大科學(xué)工程，貢獻(xiàn)“中國方案”。