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合肥科学岛上清洁能源的追梦人

 

位于合肥市西郊科学岛上的EAST装置。新华社记者杨丁淼摄

位于合肥市西郊科学岛上的EAST装置。新华社记者杨丁淼摄

新华社合肥5月1日电(记者杨丁淼、马姝瑞)在安徽省合肥市西郊有一座湖心岛,中科院合肥物质科学研究院就坐落于此,这座岛也因此被称为“科学岛”。在科学岛等离子体所,有一座闪闪发亮的巨型圆环,被装在一个约等同于两层楼高的大型装置中。

这是全超导托卡马克核聚变实验装置(简称EAST),其研究的终极目标是让海水中大量存在的氘在高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。因此,相关装置也被称为“人造太阳”。

英国广播公司(BBC)近日报道称,中国科学家正在引领开发被人们称为“圣杯”的能源,许多国家都想掌握核聚变反应,但从稳定性来说,目前科学岛EAST团队的水平无人能及。去年7月,中国EAST实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行。

在世人眼中,“101.2秒”或许只是一个时间概念,但它却标志着EAST成为世界上首个可以在高约束状态下稳定运行跨越百秒量级的装置。这背后更是整个团队年复一年、日复一日的不懈坚持。

清晨6点半,EAST实验负责人龚先祖就来到办公室开始一天的工作。春节之后,他与200多人的团队为新一轮实验着手准备,多年来龚先祖与他的团队几乎没有过双休日,“实验5月即将开始,必须全力以赴”。

据了解,这一轮的实验目标是,在10兆瓦以上的加热功率下研究稳态运行模式的关键物理和发展相关技术,通过新增加的电子回旋加热系统在一亿度的温度下维持等离子体稳定运行10秒以上。太阳核心的温度估算约为1500万摄氏度,去年的实验温度为5000万度,今年相当于提高了一倍,挑战前所未有。

目前国际上现有强度最高的耐高温材料也就几千度,而内部聚变反应的温度要求高达上亿度;此外,氘和氚反应产生的氦要及时排出,实现粒子平衡。所以实验最大的难点就是“热排出”和“粒子排除”问题。

“如果我们把EAST看作一个煤球炉,就是要以耐高温和导热性好的材料做炉膛,然后找到最佳性价比的点火方式并维持,还要通过简易的方法把炉渣顺利地排出来。”龚先祖解释说。

与世界上其他磁约束聚变实验装置一样,EAST的最大意义就是发展和探索适合未来聚变反应堆的稳态等离子体先进运行模式,验证未来聚变反应堆的经济性、可靠性及可持续性。

根据计划,EAST每年要进行两轮实验,由于要避开合肥夏季湿热的环境,实验一般定在每年的4-6月和10-12月进行,这正好和中国几乎所有的大小假期冲突。劳动节、端午节、中秋节、国庆节这些本该休闲放松或是与家人团聚的假期,十几年来,EAST团队很少享受。

除了技术上的难题,核聚变实验还面临高昂的成本,每天仅启动一次反应装置的价格就高达1.5万美元(约9.5万元人民币),这还不算数以百计科学家的工资和反应装置的造价。

在龚先祖的印象中,团队大部分科研人员每天工作时间都在12小时以上,进入实验周期后,每天清晨6点干到第二天凌晨更是常事,“机器一开,就是烧钱,所以必须争分夺秒”。

在一个EAST装置中存在五大极端环境,分别是高真空、超高温、超低温、超强磁场和超大电流。

等离子体反应需要高真空环境,而磁体线圈达到超导需要零下270度的超低温状态,这就是真空和低温两个团队在实验中承担的任务,他们是EAST项目20多个子系统团队的一部分。

与其他团队不同的是,由于真空和低温的状态必须一直维持,这两个系统需要24小时连轴转,因此是三班倒的工作制。

真空团队负责人胡建生研究员告诉记者,“战斗”尚未开始他们得提前一个月进入“战场”做好准备,实验结束其他组已经撤了,他们还要继续维护。

“目前EAST的真空状态已经达到了历史最佳水平,对实验非常期待。”胡建生说。

在龚先祖看来,这种“团结奉献”的精神是一种传承。他清楚地记得,老一辈院士和科研团队艰苦卓绝的奋斗:实验装置和工作条件落后简陋,24小时的连续实验,夜里饿了就吃方便面,困了就抱着军大衣睡会儿。

“他们不仅是在做实验,而是把核聚变作为毕生追求的事业。”龚先祖说。

晚上10点,龚先祖“提前”下班了。这是他1992年加入这个团队以来,26年如一日的生活中,平凡而普通的一天。

责任编辑:何迅纪
文章关键词: 合肥科学岛
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