“人造太陽”重要性體(ti) 現在哪裏？

　　這要從(cong) 核聚變能的優(you) 點說起。相比核裂變，核聚變沒有放射性。氘和氚反應的生成物是氦氣，對環境無害，一旦造成反應的等離子體(ti) 熄滅，聚變反應會(hui) 終止。核聚變的原料儲(chu) 量也很豐(feng) 富，氘可以直接在海水中提取，氚則可以通過中子和鋰反應產(chan) 生。據估算，一升海水中提煉出來的氘經過核聚變反應釋放出的能量相當於(yu) 300升汽油完全燃燒釋放的能量。核聚變能憑借資源無限、清潔環保，不產(chan) 生高放射性核廢料等優(you) 點，是目前認識到的、可以最終解決(jue) 全球能源問題的重要途徑之一。一旦人類掌握了核聚變能，將擁有可使用上百億(yi) 年的清潔能源。

　　東(dong) 方超環這座大科學裝置對實現核聚變能有什麽(me) 貢獻？

　　中科院合肥研究院副院長、等離子體(ti) 所所長宋雲(yun) 濤介紹，這座大科學裝置的科學目標，正是從(cong) 前期基礎研究出發，對受控核聚變相關(guan) 的前沿物理問題展開探索性實驗研究，既著眼物理理論突破，同時驗證工程上的可行性，為(wei) 將來打造真正的商業(ye) 聚變堆、電站打下基礎。

　　太陽發生核聚變，主要依靠星球引力約束等離子體(ti) 。可地球上沒有那麽(me) 大引力，要想讓能量不失控，就需要借助磁場來約束。受控熱核聚變的實現離不開超高溫、超低溫、超強磁場、超大電流、超高真空的極限環境，科學家們(men) 用磁場做成“托卡馬克”這座“磁籠”，牢牢將高溫物質控製住，磁場外麵用真空隔絕，保護裝置材料不被燒毀。

　　盡管主流可控核聚變方式不止有磁約束這一種，還有慣性約束、引力約束等，但磁約束在實驗室條件下接近成功，也是國際上主流的研究方向。因此，托卡馬克核聚變實驗裝置被公認為(wei) 是探索、解決(jue) 未來穩態聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑，是地球尋找聚變能源出路的希望。

　　在東(dong) 方超環這座大科學裝置的牽引下，衍生出一係列創新成果

　　從(cong) 5000萬(wan) 攝氏度放電30秒至60秒，再到百秒，再到1億(yi) 攝氏度運行20秒……東(dong) 方超環不斷刷新著放電紀錄。如果能較長時間維持1億(yi) 攝氏度的高溫，實現接近1000秒的放電時間，將證明人類距離解決(jue) 核聚變商業(ye) 化應用的步伐更進一步。

　　每一秒的增長，在科學上都具有極高的難度，背後是科研人員夜以繼日的鑽研和嘔心瀝血的付出。

　　實現受控熱核聚變和穩態約束等離子體(ti) ，是國際共性科學難題。根據物理學理論“勞森判據”，核聚變點火條件包括核聚變燃料的溫度、密度和約束時間這三個(ge) 要素。據等離子體(ti) 所博士鄢容介紹，想實現聚變反應，首先要達到1億(yi) 攝氏度以上，使聚變燃料完全電離，並在保證等離子體(ti) 密度的前提下，將高溫等離子體(ti) 維持相對足夠長的時間，不泄露不逃逸，才可能釋放出足夠多的能量。托卡馬克的高溫物質，就像是一群正在嬉戲打鬧的淘氣孩子，很難控製。溫度、密度、時間這三個(ge) 要素缺一不可，相互協調到最佳狀態，才能實現穩態約束。

　　除了科學實驗難度高，作為(wei) 集成係統，這個(ge) 裝置對工程配合要求也極高。據了解，整個(ge) 大科學裝置總共有48個(ge) 窗口，零件數量相當於(yu) 5架波音777飛機的零件總和。短短的數十秒運行中，任何一個(ge) 零件失靈，任何一滴不該出現的水珠，任何一個(ge) 停滯的環節，都會(hui) 導致實驗風險。科研人員不舍晝夜地實驗、調試，就是希望能更精確掌握等離子體(ti) 的基本特性，研究改進磁籠子的形態和性質，在看似雜亂(luan) 無章的現象中發掘科學規律，提出長時間等離子體(ti) 穩定約束的最佳運行方案。

　　大科學裝置集高精尖技術於(yu) 一身，其承載的意義(yi) 早已不止追求科學目標本身。在東(dong) 方超環這座大科學裝置的牽引下，衍生出了一係列重要的創新成果，形成了超導技術、低溫技術、等離子體(ti) 技術、生物技術、材料技術、機器人技術等多個(ge) 產(chan) 業(ye) 技術板塊，推動一大批高新技術成果實現轉移轉化，實現了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。

　　比如，質子和重離子放療是目前國際公認最尖端的放射治療技術，一直被發達國家所壟斷。等離子體(ti) 所利用大科學裝置的超導技術，積極研製國內(nei) 首套具有自主星空体育官网入口网站產(chan) 權的醫用超導質子癌症治療係統，將大幅降低患者治療費用。

　　此外，等離子體(ti) 還能治療皮膚病，有廣譜抗菌、加速凝血、促進細胞增殖、無耐藥性及副作用等優(you) 點；等離子體(ti) 所將大科學裝置離子束技術引入生物學科，致力於(yu) 微生物新菌種的創製、發酵調控、產(chan) 物分離分析及終端產(chan) 品的研究和產(chan) 業(ye) 轉化。

　　據介紹，我國的核聚變研究與(yu) 國際基本同步，甚至在聚變某些技術領域確立了領跑地位，在超導、穩態控製、加熱等方麵鞏固了中國特色。有國外期刊稱讚“中國創造了聚變曆史”“在這裏科學價(jia) 值得到極大體(ti) 現”。

　　以東(dong) 方超環項目為(wei) 依托，科研人員參與(yu) 了目前全球規模最大的國際科研合作項目

　　在國際科技合作方麵，東(dong) 方超環作為(wei) 國際磁約束聚變裝置中最前沿的國際開放平台之一，積極開展國際聯合實驗，促進了全麵開放共享。

　　更重要的是，以這個(ge) 項目為(wei) 依托，我國科研人員參與(yu) 了目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目ITER（國際熱核聚變實驗堆計劃）。該計劃的目標是在和平利用聚變能的基礎上，探索聚變在科學和工程上的可行性。包含中國在內(nei) 的多個(ge) 國家參與(yu) 了這個(ge) 國家大科學項目，舉(ju) 多國合力向受控聚變實驗堆邁進。

　　“東(dong) 方超環很像ITER的縮小版，運行模式也都是采用了長脈衝(chong) 高約束。我國科研人員在這個(ge) 裝置上摸爬滾打這麽(me) 多年，每個(ge) 材料都摸過，每個(ge) 環節都練過，真正積累了等離子體(ti) 運行的實際經驗，能在科學原理和工程建設上為(wei) ITER提供寶貴參考經驗。”宋雲(yun) 濤說。

　　當前，我國承擔了ITER10%左右的采購包，其中七成由中科院合肥研究院等離子體(ti) 所承擔。科研人員勇於(yu) 擔當，直接爭(zheng) 取到ITER最重要的核心設備“超導磁體(ti) ”的建造任務。這個(ge) 任務風險很大，但科研人員不畏艱難，高效高質交付了18個(ge) 采購包製造內(nei) 容，涵蓋了ITER裝置幾乎所有關(guan) 鍵部件, 由上百家科研院所和企業(ye) 承擔。大電流高溫超導直流電纜、脈衝(chong) 高壓變電站首台主變壓器……自主研發的各項設備運到歐洲，獲得了合作夥(huo) 伴的高度認可。也正因為(wei) 他們(men) 的出色表現，我國直接拿下了整個(ge) 裝置的總裝任務。2020年10月，ITER計劃啟動主體(ti) 安裝工作，我國科研人員恪守承諾，確保安裝進度正常。

　　參與(yu) ITER項目十幾年，我國科研團隊獲得了深度參與(yu) 國際科研合作項目的機會(hui) ，積累了建造“人造太陽”的經驗，在材料科學、超導技術等領域研發能力得到進步，為(wei) 中國建造聚變工程實驗堆（CFETR）奠定了基礎。

　　“許多研究物理的年輕人通過在ITER的曆練，開闊了眼界，鍛煉了本領，回國後成為(wei) ‘挑大梁’的骨幹。”宋雲(yun) 濤說，許多與(yu) 合肥院合作的國內(nei) 企業(ye) ，在生產(chan) 超導材料、打造零部件方麵達到水平一流，積累了國際工程管理、國際合作經驗；一些企業(ye) 甚至走出國門，拿到了國際訂單。

　　“作為(wei) 東(dong) 方超環的科研團隊，我們(men) 感到責任重大、使命光榮。近期，我們(men) 希望通過努力，向超高溫度更長時間的放電努力，產(chan) 出一批原創性、戰略性、集成性創新成果；長期而言，我們(men) 盼望著能夠實現大科學裝置能量輸出大於(yu) 輸入，爭(zheng) 取在2040年前後建成聚變電站，讓千家萬(wan) 戶早日用上核聚變能源，實現清潔能源夢想。”宋雲(yun) 濤說。

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