“人造太阳”是怎样升起的？(组图)

　　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……

　　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。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。

　　文/李斌杨文婷蔡敏(据新华社合肥1月15日电)

　　人造太阳再次成功放电

　　据新华社合肥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。

　　解析

　　人造太阳咋回事？

　　太阳消耗氢元素进行核聚变反应，产生巨大的能量已经45亿年了，在地球资源日益枯竭的今天，仿照太阳核聚变的原理，开发出一种清洁、安全而又源源不断的能源成为人类梦寐以求的目标。

　　从上个世纪50年代初，美国、前苏联等国就着手研究可控核聚变反应堆，科学家按照太阳核聚变产生能量的原理，利用地球普遍存在氘和氚进行核聚变反应，放出巨大能量。因此，可控核聚变反应堆也被人们形象地称为人造太阳。

　　由于聚变所需的原料氘可从海水中提取，并且不产生长寿命的放射性物质，一旦实现，人类将能获得无限的、洁净的、安全的能源，解决未来相当长时间的能源问题。核聚变的第一步，是要让燃料进入等离子体态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在足够的密度下，当等离子体的温度达到上亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续放出能量。这就是所说的受控或可控热核聚变。先进全超导非圆截面核聚变实验装置英文简称EAST，其实是研发未来可控核聚变反应堆的实验装置。这个实验装置的核心部件是一个被大型磁体环绕的真空室，在磁场约束下，燃料在上亿摄氏度的超高温环境下发生核聚变反应。

　　但是，上亿摄氏度的燃料会将其它材料融化，只有把它悬浮起来和材料不接触才行。这里就用到了托卡马克原理。所谓的托卡马克原理，简单说来就是用一个磁体形成一个磁笼子把等离子体悬浮起来。

　　此外，核聚变实验装置不同于氢弹瞬间爆发的核聚变，它要保持稳态的核聚变，并源源不断产生能量。为了使实验环境更接近这样的状态，EAST研发人员自主创新，采用了世界上最先进的全超导技术制造磁体。这就是实验装置被称为全超导托克马克的原因。

　　历经8年、耗资2亿人民币建成的EAST与国际上同类实验装置相比，是使用资金最少，建设速度最快，投入运行最早，投入运行后最快获得首次等离子体的先进全超导托卡马克核聚变实验装置。印度的托卡马克核聚变实验装置已经花去10年时间，但仍然没有正式投入运行；韩国全超导托卡马克核聚变实验装置已耗费3.5亿美元，还未建成；美国的同尺寸装置也投入了7000万美元，仅进行了部件的预制研究，装置没有建造。

　　科研人员同时强调，EAST只是一个实验装置，目前，我国和俄、日、美等国家和地区共同参与的国际热核试验堆计划还在研究阶段，要最终建造出人造太阳并投入商业应用，人类还有相当长的道路要走。

　　为了把EAST转变成为一个真实的反应堆，还有大量的工程技术问题，所以人们估计再有30到50年，人们才能最终建成聚变能电站。　(钟合)

　　链接

　　7国投入99亿欧元打造国际热核计划

　　参加国际热核聚变实验反应堆计划(简称国际热核计划，英文缩写ITER)的欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度的7方代表去年11月21日在法国总统府正式签署了联合实验协定及相关文件，全面启动了世界瞩目的人类开发新能源的宏伟计划。

　　国际热核聚变实验反应堆的原理类似太阳发光发热，即在上亿摄氏度的超高温条件下，利用氢的同位素氘、氚的聚变反应释放出核能。核聚变燃料氘和氚可以从海水中提取，核聚变反应不产生温室气体及核废料。由于原料取之不尽，以及不会危害环境，核聚变能源成为未来人类新能源的希望所在。

　　法国总统希拉克以实验反应堆堆址所在国总统的身份亲自主持了当天的签约仪式，欧盟委员会主席巴罗佐也专程前来出席这一仪式。希拉克说，如果不采取措施，人类在未来200年里将耗尽地球在过去数亿年间蓄积的化石能源，并将给气候带来巨大的影响。为此，占世界人口一半左右的7个伙伴决定联合起来，组成一个伟大的科学团队，为子孙后代寻找新的洁净能源，这是人类历史上的一个创举。

　　代表中国政府签署协议的中国科技部部长徐冠华在发言中表示，今天是人类探索聚变能源开发的一个历史性时刻，是各国通过合作寻求解决人类面临的能源和环境问题、实现人类可持续发展的新的里程碑。他说，前不久，中国自行研制的全超导托卡马克EAST核聚变实验装置已经成功调试并初步放电。由于它与国际热核聚变实验反应堆有相似的位形，其运行将为国际热核计划的前期研发做出贡献。他特别强调指出，中国政府高度关注可持续发展，中国将与其他各方一道，为早日在世界上实现聚变能源的利用贡献力量。

　　国际热核计划于1985年提出，有关国家于1988年开始实验堆的研究设计工作。2001年，经过13年的努力，在汇集世界聚变研究主要成果的基础上，国际热核计划的工程设计终于完成。此后，经过5年的谈判，上述7方代表达成一致。根据7方签署的协定，国际热核计划将历时35年，总投资额为99亿欧元。它是目前世界上仅次于国际空间站的大型国际科学工程计划，也是中国参加的规模最大的国际合作项目。

　　作为中国参与国际热核聚变实验反应堆计划联合实验的主要承担单位，中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所划出200亩地兴建热核聚变国际实验区。　(新华)本版图文/RJ172

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