“人造太阳”是怎样升起的

　　聚焦理由

　　上世纪七十年代至今，人类已向地球索取了大约5000亿桶石油，科学家估算，按照此种开采速度，石油只够地球人类44年之需，而天然气也只能持续开采63年……能源危机已成人类未来发展不争的事实，探寻新型能源是全球科学界执着的追求。

　　聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。

　　我国的“人造太阳”ＥＡＳＴ仅用8年时间便完成设计、预研、建设和试运行，成为全世界聚变能开发的重要里程碑。它明确地显示出中国对世界核聚变研究的贡献，同时展示了中国科学家在物理和工程方面的能力。

　　“人造太阳”升起的背后，是一批可爱又可敬的科学家和技术人员的汗水，以及诸多鲜为人知的故事。

　　50毫秒！虽然放电时间不到1秒，却使人们进一步看到了通过核聚变解决能源问题的希望。

　　从2006年9月28日起的第一轮放电，到2007年1月15日起的第二轮放电，我国新一代“人造太阳”———全超导非圆截面核聚变实验装置（ＥＡＳＴ），以不争的建设、运行业绩向世人表明：中国人在核聚变实验领域站到了世界前沿。

　　一个没有人做过的全超导核聚变实验装置，一门最前沿的基础科学……人们不禁要问：“人造太阳”实验装置是怎样在中国升起的？“人造太阳”真会解决这个星球面临的能源问题吗？

　　实现核聚变发电，成为人类的梦想

　　太阳是通过内部的核聚变不断辐射热量和能量的。面对人类能源危机，人们将希望的目光寄托在可控热核聚变上。

　　上世纪50年代起，人类开始研究核聚变，研制成功氢弹。控制核聚变———让核聚变产生的能量得到约束，温柔平和地长期释放———实现核聚变发电，成为人类的梦想。

　　一些发达国家纷纷兴建“托卡马克”装置———构造一个形如中空面包圈的环形磁容器，利用强磁场约束带电粒子，将聚变原料加热到上亿摄氏度高温，实现聚变反应。我国也在上世纪70至90年代在合肥、成都等地兴建了数座托卡马克装置，进行核聚变实验研究。

　　然而，由于技术局限，全球现有“人造太阳”实验装置放电的时间很短，最长只有4分钟。人们寄希望于全超导技术的应用，这种技术可以使等离子体稳定运行也就是放电的时间进一步延长到16分钟。

　　上世纪末期，美国、日本、印度等国家开始研制全超导核聚变实验装置。我国从1998年起，也将这一项目列为“九五”期间6大科学工程之一，加紧在合肥部署和研制。

　　“我们的部件，现在比俄罗斯的还有竞争力”

　　国际上没有一个国家研制过全超导托卡马克装置。经验匮乏、资料缺乏，加上经费不足、建设工期较短……中国科学院等离子体研究所ＥＡＳＴ团队成立之初，就面临巨大的困难和挑战。

　　“听说我们要用2000万美元建造全超导核聚变装置，国外没有人相信，认为中国人只是在嘴上说说而已。”远离合肥市区的科学岛上，回想当年，等离子体研究所副所长武松涛记忆犹新。

　　在借鉴一些现有国际方案和已有先进国家的相关材料的同时，中国科学家决定自主设计方案，自主研制一些关键器件，走一条“省钱的路”。

　　在国外，类似实验装置的相关部件主要由工业企业生产。ＥＡＳＴ工程所需部件大都是非标准产品，而我国工业界力量相对较弱，中科院等离子体研究所设立了上百人的研制中心，自主加工制作关键部件。

　　绝缘子是ＥＡＳＴ装置的核心部件。1998年武松涛和同事去俄罗斯考察，想买几百个这种如同圆珠笔大小的部件，对方一报价：一个1400美元。“一两个狠狠心就买了，但这么多，就太贵了。”武松涛咬咬牙：“我不信这个东西自己做不成！”

　　回国后，31岁的潘皖江博士带领一个小组从基础原理、基础结构、基础实验做起。在超低温下，部件动辄非裂即碎。失败了一次又一次，历时三年终于在2000年研制成功。“我们的部件现在比俄罗斯的还有竞争力。”

　　导体研制、磁体研制、精密加工、绝缘处理……一个个难关相继被攻破。这些技术不仅解决了ＥＡＳＴ装置的难题，还可以辐射到其他工业领域。

　　约束带电粒子的强磁场，是通过超导导体中的强大电流产生的，而低温是维持材料超导性的先决条件。科学家经过努力，成功地将ＥＡＳＴ200多吨冷制部件的温度降到了零下269摄氏度。“2004年，印度自己研制的托卡马克装置降到60多摄氏度，就降不下去了。”项目总工程师翁佩德说。

　　预计2008年建成的韩国类似装置已耗资3．5亿美元，同样项目在美国需要5．7亿美元。

　　8年时间、2亿元人民币、56项具有自主产权的关键技术———主要依靠自己的力量，中国科学家不仅建成世界上第一个全超导核聚变实验装置，而且实现连续成功放电，以高效率创造了令世人惊异的成绩。

　　“以前无人理睬，现在国际重要的聚变大会竞相邀请，成了ＶＩＰ（贵宾）；以前只能是张贴报告，顶多是口头报告，现在是邀请报告。”国际学术会议上“待遇”的转变，让武松涛感触良多。

　　“对世界聚变研究产生重要影响的先进科学设备”、“世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克”，一系列评价接踵而至。“ＥＡＳＴ将在未来10年内保持世界先进水平。”美国核能专家盖瑞·杰克逊博士说。

　　在我国率先建成第一个全超导托卡马克后，日本计划参照我国的方法将现有装置改造成全超导装置；美国由于诸多因素，取消了原有计划……

　　曾多次失败，“我做不下去了，换人吧”

　　成功设计出“绝缘子”的潘皖江，在多次失败后一度陷入绝望：“我做不下去了，换人吧。”

　　拿不出总体设计方案时，武松涛感觉“走投无路、无从做起”。种种压力叠加，让这位科学家甚至在同事面前掉下了眼泪：“这个项目如果没做好，我们愧对整个社会，愧对整个国家。”

　　一双双热情的手伸向他们，一句句温暖的话在他们耳边响起。研究室同事安慰潘皖江，“我们可以一起从头做起，一起从最基础做起。”所里的老研究员鼓励武松涛：“我都能感觉到你们的压力，我相信你们能完成任务。”

　　“保证星期六不休息，星期天休息不保证”———这是团队成员们不成文的作息守则。科研人员远赴俄罗斯，从一堆超导导线中挑选优质导线，枯燥的工作一干就是半年，而为了节约经费，研究人员宁愿每天在冰天雪地里走40多分钟，把鞋子都走坏了两双；年近古稀的研究者大热天还坚守在实验室，晕倒后第一句话竟然还在问工作怎么样了。

　　何以如此？“是一种精神、一种事业的快乐，支撑起了这些人。”研究所所长李建刚说：“这些‘臭皮匠’一起完成一件事，我们所的团队精神没说的。”

　　200多人的团队平均年龄40岁，没有一个院士。“‘单个’拿出去都不是最强的，但是合在一起就能发生‘核聚变’。”经历整个研制过程的武松涛说。

　　2006年11月21日，国际热核聚变实验反应堆计划（ＩＴＥＲ）终于尘埃落定，正式启动。这一举世瞩目的反应堆将建设10年。作为参与国家之一，中国将承担10％的责任，而中科院等离子体研究所将承担起一批部件的研发任务，涉及超导技术、大功率电源技术、遥控技术等。

　　科学家预计要到2050年左右，才能真正实现核聚变发电。追逐“太阳”的过程，绚烂美丽而又充满艰辛。摆在中国科学家面前的道路，也同样是充满荆棘。但我们坚信，他们离“太阳”一定会越来越近……

　　“我们已经好几年没有过年了。”15日上午，武松涛在电话中告诉记者，本轮实验之后，整个团队将放一次长假，“毕竟，我们亏欠大家太多了。”

　　（新华社合肥1月15日电）

　　最新消息

　　“人造太阳”实验装置再次成功放电

　　新华社合肥1月15日电 （李斌 杨文婷）继去年9月首次成功放电后，我国“人造太阳”实验装置———位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置（ＥＡＳＴ）14日23时01分至15日1时连续放电四次，单次时间长约50毫秒，从而标志着第二轮物理实验的开始。

　　专家认为，全超导核聚变装置再次成功放电，标志着我国在全超导核聚变实验装置领域进一步站在了世界前沿。

　　“虽然稍纵即逝，但是放电的可重复性，表明我们的装置在工程上是非常可靠的。”中国科学院等离子体物理研究所副所长武松涛介绍，这轮实验是从去年12月开始对装置进行调试的，实验计划将进行到今年2月10日左右。

　　“这轮实验的主要目标不是追求放电时间的长短，而是旨在去年获得圆形截面等离子体的基础上获得非圆截面等离子体，这具有重要意义。”武松涛说，随着进一步调试和各系统的磨合，“人造太阳”有可能绽放出更为璀璨的光芒。

　　根据设计，ＥＡＳＴ产生等离子体最长时间可达1000秒，温度将超过1亿摄氏度。“我们将通过一次次调试和实验，获得时间更长、温度更高、参数更好的等离子体。”武松涛说。

　　2006年9月28日中国科学院等离子体所的“人造太阳”实验装置首次建成并投入运行，在第一轮实验中，获得了电流超过500千安、时间近5秒的高温等离子体。

　　这个由我国自行设计、自行研制的“人造太阳”实验装置是世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克。它的建成，使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列。

　　稳态运行的核聚变堆产生能量的方式和太阳相同，都是在超高温条件下氢（或氢的同位素）的原子核聚变产生巨大能量，因此相关的研究被比作“人造太阳”。

　　国际热核聚变实验反应堆计划于2006年11月21日正式启动，该计划被称为人类最终解决能源危机的最大希望。ＥＡＳＴ比国际热核聚变实验反应堆在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克装置。ＥＡＳＴ的成功运行，将为国际热核聚变实验反应堆计划作出重要贡献。

　　我国是国际热核聚变实验反应堆计划的参与国家之一，将承担10％的责任。中科院等离子体研究所将承担起一批部件的研发任务，涉及超导技术、大功率电源技术、遥控技术等。

　　相关新闻

　　百姓享用“人造太阳”还要50年

　　全世界目前所有的聚变装置，包括最大的也不能称之为“人造太阳”，但所有这些装置上面研究的各式各样的结果，都会为未来建造真实的受控热核聚变反应堆、聚变能电站做出重要贡献，奠定工程和物理的基础。没有基础，不可想象未来可建造真实的聚变反应电站。

　　距离当年氢弹爆炸50多年的时间，尽管世界上许多国家建起了核电站，人类还是没有看到一座核聚变发电站的出现。但核聚变电站的诱人前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。50年来，在30多个国家建造的大大小小上百个实验装置上，每一次放电时间的延长，人们都为之兴奋；每一次温度的提高，人们都为之欢呼；因为这看似小小的进步，都意味着我们离聚变能的应用更近了一步。

　　科学家预计，“人造太阳”光照寻常百姓家的梦想，最快要在50年后实现。一旦这一成果投入商业运行，出现经济、实用的“人造太阳”，将彻底变革世界能源供应格局，甚至一劳永逸地解决人类可持续发展中最重要的清洁能源，提供无限的清洁能源。 （来源:新华网）

　　专家观点

　　解决能源危机寄望“人造太阳”

　　国际原子能机构副总干事维尔纳·布尔卡特去年10月16日在接受新华社记者专访时说，聚变能的商用化将为满足人类未来能源供应提供解决之道。这一进程有望在30年至50年后实现。

　　布尔卡特将人类对核聚变能的控制和和平利用比作“将太阳搬到地球上”。他介绍说，核聚变的燃料可以从海水中提取，便宜而且数量丰富。核聚变的产物放射性很少。聚变反应堆不产生污染环境的硫、氮氧化物，与核裂变相比更加安全，而且不释放二氧化碳等温室效应气体，在环境上也更加清洁。

　　然而，技术上的高难度是人类迟迟未能实现对核聚变能源利用的主要原因。布尔卡特说，这需要在地球上再现太阳的环境，这意味着持续几千万度乃至上亿度的高温，并探索“磁笼”约束高温等离子体的逃逸。

　　世界首个多国合作探索核聚变应用的国际热核实验堆（ＩＴＥＲ）将于进入实质启动阶段。这个由欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国七方参与的计划，被布尔卡特视为“一个实现成功控制核聚变梦想的机会”。 （来源：新华网）

　　“人造太阳”能量够用数亿年

　　ＥＡＳＴ大科学工程总经理万元熙说，未来的稳态运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能量够人类用数亿年乃至数十亿年。

　　能源短缺是当今世界各国面临的共同问题。人类最近20多年来向地球索取了数额庞大的石油、天然气、煤炭等不可再生的矿物能源，一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”，而且还有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的重要能源。

　　万元熙研究员介绍说，核能分为核裂变能与核聚变能，前者已经被人类加以利用用来发电，而裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，放射性核废料的处理也一直是让人头疼的难题。与之相比，核聚变辐射极少，且核聚变燃料可以说是取之不尽，用之不竭。

　　他介绍说，核聚变反应燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。据测，每1升海水中所蕴含的氘如果提取出来，发生完全的聚变反应，能释放相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算，根据目前世界能源消耗水平和海水存量，核聚变能可供人类使用数亿年，甚至数十亿年。 （来源：新华网）