http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-11-27
资料图：“东方小太阳”EAST进行第六轮升级
东方“小太阳”：与极限展开竞技赛
记者冯丽妃
●EAST的母体里嵌入了中国科学家太多自主创新的成果：从设计到建设，整个项目的自研率在90%以上，取得了68项具有自主知识产权的技术和成果。
●中科院等离子体所已经不仅仅是聚变装置部件的提供者，更是不少国际核聚变实验装置的提供者与合作者。
1亿摄氏度，1000秒。这两个数字是盘桓在中国科学院等离子体研究所(以下简称等离子体所)核物理科学家和全球科学界面前的两座难以跨越的山峰。
因为要让核聚变为人类所利用，就意味着要把氘、氚的等离子体瞬间加热到1亿摄氏度，并至少持续1000秒，才能形成持续反应。而这正是等离子体所大科学装置“东方超环”(EAST)的使命。
如果说起EAST的学名大型非圆截面全超导托卡马克装置，可能没有多少人知道；但是如果提起“人造小太阳”，很多人都会竖起大拇指。
在这个集合了世界上多领域科研难题的平台上，等离子体所的核物理学家与国际科学界牵手，向一个个极限发出挑战，不断向全球未来能源研究的最高峰冲刺。
与极限竞技
日前，在等离子体研究所一个轰轰隆隆的实验大厅里，科研人员正围绕着一个三层楼高的庞然大物忙碌着。
“这是EAST的主机部分，高11米，直径8米，重400吨，主要用来探索实现聚变能源的工程、物理问题，为未来能源发展提供新思路。”等离子体所所长李建刚向参观大科学装置的一行人介绍说。
“当前，我国每年要烧100万吨煤发电，如果用核裂变代替煤电能源一年需要5吨铀，但用核聚变一年只要100公斤的重水。”他解释说。取自于海水的氘和氚元素不仅成本低，资源丰富，而且没有任何辐射，是安全和清洁的未来能源。
“EAST作为世界上第一个全超导非圆截面核聚变实验装置，集中了超高温、超低温、超大电流、超强磁场和超高真空五个极限。”等离子体所一位科研人员说。
每一个极限都是科研的高精尖难题，挑战极限就意味着开拓创新。从1996年至今，EAST的母体里嵌入了中国科学家太多自主创新的成果。
“从设计到建设，整个项目的自研率在90%以上，取得了68项具有自主知识产权的技术和成果。”李建刚说。近期，等离子体所刚刚被评为全国创新团队。
让2000万摄氏度等离子体持续400秒，这是目前EAST取得的成绩，也是当前国际核聚变反应最好的成绩。“EAST必将对国际热核聚变实验堆计划(ITER)及下一代聚变装置产生更多世界级的、独一无二的贡献。”在今年5月EAST第五次评估中，国际顾问委员会如是评价。
事实上，与全球规模最大的能源合作项目ITER相比，EAST只有其1/4大小。但麻雀虽小，五脏俱全，EAST的成功经验已经支撑了ITER的建设。如研制出可通过90千安电流的高温超导电流引线，使ITER致冷电耗每年减少2/3以上；证明ITER磁体电源设计方案存在的风险，并设计出新方案。
“目前，中国在ITER七方采购包进度中已成为第一位。在核聚变领域，中国人再也不是可有可无的‘小角色’。”李建刚自豪地说。现在，科研人员正在对EAST进行全方位的升级改造，为2014年新一轮的物理实验作准备。
从日、俄竞争者手中赢得“大单”
在基础科研创新的同时，EAST也带动着我国核聚变相关高科技加工业的发展。
在等离子体所超导导体生产大厅中，李建刚指着堆叠了两人多高的环形导体告诉记者：“这些导体每一根价值都在3000万元人民币以上。”这些外表看起来再普通不过的导管，却内藏乾坤：每根线管里都是1000根头发丝一样细的导线拧成的超导电缆。
这些超导线可谓EAST和ITER的“生命线”。因为地球上再耐热的材料也会被核心区1亿摄氏度的聚变反应烧化，而要让反应和装置内壁保持一定的距离就离不开这些超导线。“它们每秒可以通过6万安培的电流，产生10万高斯的磁场，形成一个强大的‘电磁笼’，把等离子体悬浮起来。”李建刚解释说。
据介绍，每一根导体都要经过搅缆、穿缆、焊接、检测等多道工序，对工艺要求更是可以用“苛刻”二字来形容。如导管焊缝背面成型厚度不得超过0.1毫米；而在运往日本、法国之前，每根导管还要充满氮气检测其密封性。
然而，在EAST建立之前，这项技术尚未诞生。“当时，我国建国以来的超导线总共加起来才有26公斤；而现在除了供给ITER每年所需的150吨预定以外，产量还绰绰有余。”李建刚对比说。
ITER很多部件都代表着高附加值，是国际竞争的热点。就在今年9月份，等离子体所刚从日本和俄罗斯两个竞争者手中赢得一个“大单”：为欧盟研制ITER专用的极向场超导线圈。
“这个线圈重396吨，比EAST所有的线圈加起来还大。三方中，俄罗斯竞标价最低，而我们的价格比日本人还高100万元人民币，很多人觉得不可思议，但我们是以技术和质量取胜。中国人‘卖白菜’的历史一定会尽快地结束！”李建刚语气坚定地说。
除此之外，等离子体所还负责为ITER提供控制电源、超导校正场线圈等70%以上的中国采购包，由此带动了一批国内先进制造业公司的发展。
“以前，外国人总认为中国的加工制造质量不高，现在在等离子体所的带动下，我们也可以吐气扬眉了。”在合肥科烨公司加工车间，一位吴姓经理对《中国科学报》记者说。
30年恒守“大科学文化”
为了让中国在世界聚变研究的前沿领域占据一席之地。30年来，等离子体所一直把敢于创新、争取一流、自力更生、上下一心、甘于奉献的“大科学文化”作为不变的价值定位。
据李建刚介绍，如果时光倒流至1990年，彼时等离子体所老一代科学家用40个火车皮拉着400万元人民币的生活物资，与俄罗斯科学家换得部分超导工程装置托卡马克T7。
历时3年半，我国科学家将这个原本不具备物理实验功能的装置成功地改造成能够开展稳态高参数实验的全球第四个超导托卡马克装置HT-7。
在此基础上，等离子体所科研人员再接再厉，仅用10年时间，就自主设计和建造出世界上首个全超导托卡马克装置EAST。
从T7到EAST，集中了等离子体所老中青三代科研人员的智慧、心血和汗水。现在，等离子体所已经培养了一批核聚变国际领军人才。“有3人晋院士、两人入选‘万人计划’、引进‘千人计划’4人、‘百人计划’12人。”李建刚如数家珍。同时，该所已经培养了1000多名研究生，分散在全世界各地。
等离子体所恒守的第二个价值定位就是广迎四海的开放精神。在李建刚看来，核聚变离不开国际合作，而国际合作一要靠实力，二要互赢互利。
“以前是我们带着方便面跟着人家学习，现在得益于国家支持和EAST建设，基本上都是国外科学家来我们这里做实验。”李建刚说。现在，等离子体所已经不仅仅是聚变装置部件的提供者，更是很多国际核聚变实验装置的提供者与合作者。
鉴于对能源的大量需求，我国下一个核聚变装置——中国聚变工程试验堆(CFETR)有望在2020年前后启动，现在装置正在紧锣密鼓地设计中。“我今年52岁，到退休还有13年，希望退休之前，可以把这件事情做好。”李建刚满怀信心地笑着说。
[中国科学报]