10.04 他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

當技術成為了牽動改革的重要參數,那些利用新技術、新業態為改革賦能的創造者,

那些知識密集、智力密集、推動中國實現創新驅動發展的新型勞動者,他們就是——新動力人群。

今天,請他們來談談自己的故事。

煤炭、石油、天然氣這些化石能源,賦予了我們現代文明,但其不可再生性和引發的環境問題,同樣帶給我們巨大的困擾和傷害。

解決方案,就是核聚變——人類能源的終極目標。這是跟太陽一樣的能源。

這也是中國科學院等離子體物理研究所的科研人員對未來的暢想,在蜀山湖畔的董鋪島上,他們為了這個目標研究了幾十年,這個島也由此被稱為科學島。

他們想在這個小島上,造出一個“太陽”。

核聚變是什麼?


核聚變是個過程。

我們都知道,原子是構成物質的小粒子,是化學反應不可再分的最小微粒,但原子內部並不簡單。



他們想在這個小島上,造出一個“太陽”


以最小的原子,氫原子為例,1個原子裡有1個原子核,1個電子。原子核體積不大,質量卻極大,因此能夠緊緊束縛質量極小的電子,讓電子圍繞原子核運動。


他們想在這個小島上,造出一個“太陽”




他們想在這個小島上,造出一個“太陽”




他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

在一定條件下,兩個會互相靠近、吸引,碰撞在一起,其中的原子核就會發生聚合,從而生成新的、質量更重的原子核,同時釋放一個高能量的中子。

這個中子,就攜帶著核聚變所產生的極高能量。

而太陽的能量,正是來自於其內部發生的核聚變反應。


他們想在這個小島上,造出一個“太陽”


核聚變產生的能源,有什麼好處?


中科院等離子體物理研究所研究員丁銳介紹,“我們選用的核聚變原料是氘和氚,氘在海水裡直接就能提取,氚也可以通過人工製備獲得。”

地球上極其豐富的海水,都將成為人類的能源。

“1升海水=300升汽油。”丁銳介紹。

而等到核聚變堆實現的那一天,就不用再擔心能源問題了,人類賴以生存和發展的基礎會徹底改變。

實現核聚變,靠什麼?


目前被認為最有前景的人為可控制的核聚變,是磁約束核聚變,其中最有希望實現商業利用的概念,是被稱之為“托克馬克”的裝置。

在科學島上,中國科學院等離子體物理研究所的科研人員,默默地在這條道路上探索了幾十年。

從1992年開始,兩年時間,先後共46節火車車廂從俄羅斯運來設備。“他們打算把一個半超導托克馬克裝置贈送給其他國家,然後自己做一個更大的。”老所長霍裕平說,“那就送給我們吧。”

3年半後,科研人員們在這個基礎上,組裝出了自己的半超導托克馬克裝置——合肥超環HT-7

他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

合肥超環HT-7運行後不久,科研人員又提出一個大膽設想:做一個更先進的全超導偏濾器托克馬克裝置

合肥超環HT-7都是半超導,而全超導呢?當時,世界上沒有任何一個國家研製出全超導裝置。

今天,島上有一座直徑8米、高11米、看起來像個巨大鍋爐的裝置,就是他們歷時整整10年,自主設計建造的世界上第一個全超導非圓截面核聚變實驗裝置——東方超環(EAST)

他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

2006年9月26日,東方超環建成放電;10月16日,第21屆世界聚變能大會在成都召開,時任等離子所所長的萬元熙院士第一個作報告,向大會宣佈了東方超環的建設成果。全場600多位國際聚變界專家學者全體起立,為中國東方超環建成鼓掌祝賀。

實現核聚變,怎麼做?


我們自己的實驗裝置造好了,從“實驗”到“應用”又有多遠的距離呢?

核聚變反應,需要三個控制條件,即溫度、密度、時間

“如果離子一不小心跑飛了,哪來的聚合?”丁銳解釋,“所以溫度乘以密度乘以約束時間,就是核聚變的三乘積。只有達到一定的值,才可以實現聚變點火。”

而東方超環,就是用來開展實驗,如何有效提高這個值。

2017年7月,東方超環實現了101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行,這個記錄,至今保持著世界領先,從未被超越。

2006年“上島”的研究員丁銳,是一名80後,他帶領團隊開展等離子體與材料的相互作用方面的研究,他們主要做的工作是“如何延長材料的使用壽命,減少對等離子體性能的影響”。

他們想在這個小島上,造出一個“太陽”


他們想在這個小島上,造出一個“太陽”


“核聚變需要控制在上億度的高溫條件下,而沒有哪種材料能承受。雖然我們用磁場把等離子體約束了起來,仍有一些等離子體會接觸到材料,一般材料都無法承受這樣的衝擊。所以我就要讓材料受到的損傷最小。”


他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

東方超環內部實驗模擬圖


丁銳說,實現核聚變雖然是一個崇高而遠大的理想,但大部分時間都是默默無聞地埋頭苦幹,要承受孤獨和疲憊,放棄一些同齡人的娛樂和享受。

但他依然熱愛,“我喜歡探索類的工作,對未知抱有強烈的好奇心,這份職業也可以帶給我很大的愉悅和滿足感”。

他們想在這個小島上,造出一個“太陽”

追逐核聚變,將會走到什麼時候、走到什麼地方,恐怕沒人知道。但過程中的每一點發現和思考,在未知中走出的每一個腳印,都是照向未來的一絲光亮。

因為堅持,才會有結果;而不是看到結果,才去堅持。

中國科學家追逐核聚變的道路,正是這樣走出來的,也將繼續這樣走下去。


監製:畢玉才、童懷、周立文、劉昆

策劃:劉文嘉、王子墨、葉樂峰、蔣新軍

統籌:常河

導演:劉宇航

文字:姜奕名、劉宇航、常河

拍攝:劉宇航、姜奕名

設計:周藝珣

翻譯:王倩

鳴謝:中科院等離子體物理研究所


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