中國“人造太陽”接力者楊青?。簽閷崿F中國人核聚變清潔能源夢想,接力再造一個“太陽” 丨70年70人·科技⑦

封面新聞 2019-09-03 00:16 42140

楊青巍


1961年12月出生,中國環流器二號M裝置項目總工程師。




核工業西南物理研究院研究員,等離子體診斷研究室主任。




1983年畢業于中國科學技術大學近代物理系等離子體物理專業,研究方向為托卡馬克物理實驗、高溫等離子體診斷。

封面新聞記者 楊晨 關天舜 實習生 王靖予

兒歌《種太陽》唱出這樣的愿望:長大以后能播種太陽。實際上,從上世紀60年代起,中國就有這樣一群人前赴后繼,實踐著再造一個“太陽”的計劃。

太陽之所以能夠持續發光發熱,是因為它時刻發生著核聚變反應。這個已延續半個世紀的工程,也正是基于該原理,以期建造一個能夠可控輸出能量的核聚變裝置(俗稱“人造太陽”),從而實現人們對于新能源的需求。

今年,由中核集團核工業西南物理研究院(簡稱核西物院)承擔的中國環流器二號M裝置項目正式啟動安裝。這個大型常規磁體托卡馬克注聚變研究裝置意在通過可控熱核聚變方式,研究清潔能源的產生。這也是在核西物院里誕生的新一代“人造太陽”。

中國環流器二號M裝置項目總工程師楊青巍說他是幸運的,因為他幾乎參與了每一次的“迭代升級”,也正在見證中國于核聚變研究領域“由量變到質變”。

核聚變的研究,外人看來好像一眼望不到盡頭。楊青巍卻笑稱大有樂趣,“就像陳景潤樂意窩在那個六平方米的空間里解析哥德巴赫猜想一樣,我們總在發現別人發現不了的東西?!?/p>

楊青巍認為,中國目前核聚變的研究只能說在某些技術上有的突破,并非全面跟上或趕超。但如果中國聚變工程實驗堆(CFETR)計劃得以完成,中國則可能實現真正的“領跑”。而那時,中國人離實現核聚變清潔能源的夢想將又跨近一步。

白手起家

“跟跑”時,研究儀器全靠自己組裝焊接

“老了?!北粏柤斑@近四十年在核西物院里感受到的最大變化,楊青巍仰頭一笑后,凝望著遠方,“原來都這么多年了,過得真是挺快的?!?/p>

1983年,中國環流器一號(HL-1)即中國自己設計制造的第一代“人造太陽”的安裝進入了最后階段,而從中國科學技術大學畢業的楊青巍則剛踏入核西物院的大門,“那時上躥下跳跟著老前輩們做一些輔助性的工作?!倍搅酥袊h流器二號A裝置(HL-2A)的安裝建設時,從診斷設計到早期的試驗運行,楊青巍已是獨當一面了,“成自己的孩子了,到了現在更是?!痹挳?,他指了指核西物院的試驗大廳,這這里新一代“人造太陽”中國環流器二號M裝置正在進行核心部分線圈的安裝。而楊青巍,正是這個項目的總工程師。

楊青巍查看裝置

中國人造太陽迭代的背后,是科研人員接力堅守的身影。始建于1965年的核西物院,最初選址于四川樂山市市郊肖壩。這個坐落于群山的研究院,基礎設施及生活條件非常有限。

楊青巍回憶,通往研究院的路幾乎都是又窄又泥濘的田埂,買菜得背個背簍下山至樂山城邊上的斑竹灣,一路上,掉田里的或是被蛇咬的情況不在少數。

實驗條件更是因陋就簡?!安粌H要花一半的時間研究儀器,還要花一半時間當工人?!睏钋辔¢_玩笑說,電子儀器說到底不過電容、電阻和三極管的組合,買不到就自己將電容一個接一個焊接起來。沒有現成的機箱,就到工廠用鋁型材或鋼筋加工,里面的絕緣材料和電路板也全靠自己焊接。

與徒手制造零部件相比,沒有圖紙和相關技術資料的支持,則是當時科研人員攻克“人造太陽”最大的難關。

“七十年代末,工業基礎和研發積累遠不如國外。我們能得到的相關資料,不過是其他國家在核聚變領域所發表的論文,憑借這些零星的資料,老一輩做研發基本全靠自己琢磨?!睏钋辔⌒稳?,當其他國家在這一領域一溜煙地往前跑時,國內還處于起步跟跑的狀態。

如今,在樂山的研究院舊址,仍然放置著中國環流器一號以及環流器工作時所需的其他設備,并開放為中國核聚變博物館,以此留住中國核工業徒手起步的崢嶸歲月。

“行囊”之變

折射出與國際核聚變研究“并跑”之路

伴隨著與國外交流機會的增多,楊青巍從藏在大家出國“行囊”里的變化,感受到了差距在縮小。

上世紀八十年代以前“出門”機會少且“怯生”,“口袋里沒裝什么研究成果,英語口語也不好的老一輩只能帶著‘眼睛’去看看別人手中的英文、俄文資料?!倍搅税耸甏┢?,研究人員可以帶著“耳朵”坐上國際交流的圓桌,開始能聽懂別人到底說了什么。

“九十年代時,我們則是帶著‘腦子’去的,因為要思考別人做了什么,我們又能做什么?!睏钋辔”扔?,跨入新千年,大家可以帶著“嘴巴”前往了,因為要去爭取“在同一平臺上,我們能做什么了”。

這些“行囊”伴隨的是中國核聚變研究奮起直追的步伐。八十年代末,中國環流器一號裝置(HL-1)已經開展了等離子體研究,且達到了國際同類裝置中等離子體參數的國際水平;而后,中國環流器新一號(HL-1M)被改造出世,并取得了一批具有特色的、達到國際先進水平的實驗成果;2006年,中國環流器二號A裝置(HL-2A)將等離子體電子溫度提升到了5500萬度,標志著中國人向聚變裝置點火所需的1億度高溫邁進了一大步。

中國環流器HL-2A

也就在2006年11月21日,全球科學家催生建造的國際熱核實驗堆計劃(簡稱ITER計劃)簽署協議,我國也成為ITER計劃的七個成員之一。

早在2002、2003年時楊青巍就開始為中國加入ITER計劃作前期準備?!白鳛槔硎路街坏闹袊?,自然也要去‘認購’一部分設備的研發,如何分工、各個部分多少錢,甚至‘是否要加班’之類工作文化的認同上,大家都要進行協商?!?/p>

如果單純討論科研問題還算容易,但用英語爭論“雞毛蒜皮”卻讓楊青巍犯了難??陬^交涉僵持不下,大家就坐下來把想說的都寫在紙上進行交流。最終,歐盟認領了大半任務,而中國則承擔起其中約9%的研發制造,核西物院則承擔了其中約一半部件的研發。

未來展望

主導CFETR計劃將助力中國實現“領跑”

加入ITER計劃后,中國在核聚變領域的研究被認為從“跟跑”進階到了“并跑”。

何時到“領跑”?楊青巍的回答客觀而嚴謹?!翱茖W研究依靠的是時間和資金的積累,中國目前核聚變的研究只能說在某些技術上有的突破,并非達到全面跟上或趕超?!钡瑫r,他提到了目前正在進行第二輪設計的中國聚變工程實驗堆(CFETR)計劃?!斑@個是完全由中國主導的。如果完成,中國則可能實現真正的‘領跑’?!?/p>

楊青巍解釋,目前已有的裝置,其實都并沒有解決“永不枯竭的能源”問題?!霸贗TER計劃前,我們的研發制造裝置是為了一步步驗證其工程技術以及科學可行性,并研究解釋解決其中產生的物理問題。而位于法國的ITER項目就將真正計劃進行以氘(dāo)氚(chuān)為燃料反應的實驗?!?/p>

真空室內部

但這都還未達到最終目的。ITER計劃將于2025年基本組裝完畢,2035年整體建設完成進入全負荷實驗,并力爭在2050年進行商業投產。而中國的CFETR反應堆,則旨在建起ITER和未來核聚變電廠之間的橋梁。據悉,CFETR建成后,將是一個和北京天壇祈年殿一樣大小、與一艘航母重量相當的超大型核聚變反應裝置。

“真正實現能夠用清潔能源發電之后,還要考慮商業可行性的問題?!睏钋辔√寡?,“人造太陽”這一棒,還要接力下去。

我國核聚變研究起步時,在大型現代化專業研究所的建設方面,除了中核集團所屬的核西物院外,還建成了中國科學院所屬的等離子體物理研究所(ASIPP)。此外,在中國科技大學、大連理工大學等高等院校中也建立起了核聚變及等離子體物理專業或研究室,逐漸壯大研究力量。這十幾年,在世界物理學最頂級學術期刊《物理評論快報》上,由國人發表的核聚變論文已達數十篇。楊青巍介紹,每一年核聚變界能在上面發表的論文不過以個位數記。

而就在這幾年,更令他驚訝的是,一家民營企業也加入了研究陣營,投入了以億計的資金?!斑@個項目不是短時間就能出成果的,雖然不知道其具體的想法和布局是什么,但我想也許他嗅到了我們還未察覺的信號?!保ú糠终掌珊宋魑镌禾峁?攝影 鄭鐵流)

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評論 2

  • fm689595 2019-09-05

  • 篷筆居士 2019-09-03

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