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2022年10月19日,新一代“人造太阳”等离子体电流突破100万安培(1兆安),真空室放电画面。 中核集团 供图
四川成都双流西南航空港,坐落着中核集团核工业西南物理研究院(下称“西物院”),这是中国最早从事核聚变能源开发的专业研究院。研究院聚变科学所那座建了22年的老楼,便是新一代人造太阳的“家”。
清晨,当阳光洒进西物院聚变科学所时,新一代人造太阳的“家”开始热闹起来。这里就像一个大脑的“中枢神经” 系统,大屏幕上的数据像一个个跳动的脉搏,坐在屏幕前,人造太阳驾驶员们操控、记录、观察着“中枢神经”传来的一串串实验数据和图像。
中国核聚变博物馆落户于成都理工大学工程技术学院内,为原核工业585所基地,是我国第一个核聚变博物馆。 摄影 徐讯/人民画报
太阳的核心温度大概在1500万度到2000万度,而地球上的金属材料在1000度左右就会融化,中国的人造太阳所要做的就是在地球上建一个能够承受住亿度高温的装置。
1.5亿摄氏度,这是新一代托卡马克装置设计达到的最高温度,是太阳核心温度的10倍,地球上没有任何材料能经得起这种温度的灼烧。因此,整个托卡马克装置是一个“甜甜圈”状,利用磁场将高温离子约束在真空环境中,从而不与任何材料接触,而真空环境外的第一道“防线”,被称为“第一壁”。
2017年6月14日,中核集团科技人员在中国环流二号装置真空室内开展加热系统检查。 摄影 郑铁流
“人类一直希望建造人造太阳,利用可控核聚变反应来获得源源不断的清洁能源。”西物院聚变科学所副所长季小全表示,人造太阳并不是真的造一个太阳,而是利用太阳发光发热的核聚变原理,来解决人类能源问题。“人们 ‘造太阳’的最终目的是通过可控核聚变,解决人类对能源的需求问题,从而造福人类。换句话说,这种以探索清洁能源为目的的可控核聚变装置,被形象地称为人造太阳。”季小全说。
2024年10月12日,成都理工大学工程技术学院在校学生参观核工业西南物理研究院机电设备厂。 摄影 贾玉成
就在不久前,由科研团队自主设计、建造的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。这一重大进展再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录,是中国核聚变能开发进程中的重要里程碑。谈及它的成长过程,季小全表示,这是科研团队一次次填补国内相关领域空白、经历上万次实验的励志故事。“我们一次次勇闯‘无人区’,大到突破关键技术,小到装置的真空室、线圈系统、发电机组等核心设备都实现了自主创新的中国制造,靠的是整个团队的信念。”季小全说。
中国环流一号装置安装现场。 中核集团 供图
不断刷新纪录的人造太阳背后,是一支平均年龄只有33岁的科研团队。科研总是面临着困难和挑战,回忆起和团队并肩作战的岁月,季小全感慨万千,“在一些关键节点,我们团队一些同事直接在单位吃住,一个月都没有回过家。最后不仅完成了这些新的系统设备的调试控制,还实现了100万安培放电目标,我们当时所有人都认为这个目标几乎是不可能完成的。”
2021年4月23日,中核集团科技工作者在中国环流二号的真空室内开展安装调试工作,保障人造太阳装置安全、稳定、高效运行。 摄影 王雨萌
在西物院聚变科学所副所长张龙看来,ITER计划是实现聚变能应用的关键一步,要实现聚变能的商用,还有很长的路要走,需要几代核聚变人接力奔跑。“西物院将培养并储备一批核聚变领域年轻的技术研发人才与团队,为人类核聚变事业贡献中国智慧和中国力量。”
2021年4月28日,科研人员解决国际热核聚变实验堆(ITER)关键部件技术难点问题。 摄影 王大江
一亿度的梦想,在一代又一代人的手中,不断接力与传承。自立自强、勇攀高峰,一代代科研工作者的精神内核,支撑起中国人造太阳的强大内核。作为这一装置的“90”后驾驶员,33岁的陈逸航站在了距离梦想最近的地方。“核聚变研究渐入佳境,接力棒已经交到我们这一代人手里。”陈逸航说,身为人造太阳团队中的新一代,他感到无比幸运,更体会到了肩上担负的沉甸甸的责任。“我们希望让聚变发电率先在中国实现,让第一盏聚变能源灯在中国点亮!”
2019年5月27日,人造太阳工匠检查新一代人造太阳“中国环流三号”真空室关键焊接部件。 摄影 郑铁流
建造人造太阳是全人类的梦想。如今,中国已成为可控核聚变领域国际科研合作交流的热土。2020年7月,习近平主席向国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装启动仪式致贺信时指出,科学无国界,创新无止境。国际科技合作对于应对人类面临的全球性挑战具有重要意义。
西物院聚变科学所副所长季小全(中)与西物院聚变科学所副所长张龙(左)对新一代人造太阳“中国环流三号”进行指导工作。摄影 徐讯/人民画报
作为一项规模仅次于国际空间站的国际大科学工程计划,ITER计划自1985年发起动议以来,已经持续推进了20余年,是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。作为理事会“七方”成员之一,中国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同资助这一项目,承担项目工程建设阶段18个采购包的制造任务。2023年12月,中国环流三号宣布面向全球开放,邀请全世界的科学家来中国集智攻关,共同点亮人类未来能源的终极梦想。
2022年10月,党的二十大召开期间,中国新一代人造太阳科学研究取得突破性进展,创造了中国可控核聚变装置运行新纪录。 摄影 范晋
中国核电工程有限公司副总工程师、核聚变工程技术中心主任贺旭霞表示,在ITER计划执行中,中国始终恪守国际承诺,相关企业和科研人员勇挑重担,与国际同行齐心协力,为计划的顺利推进贡献了中国智慧和中国力量。“开放合作源于祖国强大、民族自信,正是一代代科研人员的接续奋进,才让中国逐渐走向世界核聚变舞台的中心。”贺旭霞说。
从核工业“三步走”战略提出至今,热堆—快堆—聚变堆研究同步推进,核裂变、核聚变的研究与技术的应用不断助推着经济社会发展与美丽中国建设。在充满挑战与希望的核工业路上,中国代代核工业人肩负起历史使命,坚定向着建设世界核工业强国的宏伟目标迈进。
诗人郭小川曾说:“不走南疆,不知新疆如此天高地广;不到喀什,不知新疆如此源远流长。
在南海之滨,一朵象征盛世的莲花傲然绽放,历经25载春秋,见证了“一国两制”实践的辉煌成就。
公元前223年,秦楚激战。黑夫和惊兄弟在战场上写下家书报平安,那一片木牍是战时暗夜里最亮的光。如今,这封家书被展出于湖北省博物馆云梦分馆。