潮涌荆楚 向“新”奔赴 | 潘垣院士:直面“世界最难” 矢志不渝造“太阳”

潮涌荆楚 向“新”奔赴 | 潘垣院士:直面“世界最难” 矢志不渝造“太阳”

编者按:为进一步加大对湖北科技企业、重大平台、重点人才(团队)、最新成果的宣传推介,着力打造“创响荆楚”宣传品牌,为湖北加快打造全国科技创新高地营造良好舆论氛围,湖北省科技厅推出“潮涌荆楚、向‘新’奔赴”系列报道。敬请关注。

如果要问,世界上最难的科学研究是什么?在中国工程院院士潘垣眼中,毫无疑问是磁约束核聚变,也就是“人造太阳”。如何将这一“科幻”照进现实?一起来看他多年的探索。

潘恒院士(图片来源:湖北省科技厅)

潘恒院士(图片来源:湖北省科技厅)

“我最大的愿望就是不让苦难在我的祖国重演,要让我的祖国强盛起来。”中国工程院院士、华中科技大学电气与电子工程学院教授潘垣,这一辈子的科研成果有很多,归根到底都是服务国家迫切需求,探索能源。

追逐“人造太阳”

今年,潘垣院士已经90岁高龄。他告诉记者,在他所有的科研成果中,最让他骄傲也最牵挂的,就是“人造太阳”。科学上来讲,叫做磁约束核聚变。

“为什么叫‘人造太阳’?它的目的就是能源,核聚变能力就是要把氢弹控制起来,让它慢慢地释放能量。”潘垣说。

这项工程到底有多难?

潘垣解释,太阳核聚变的发生离不开巨大的太阳引力,高温高压条件下,充斥在太阳内部的氢原子核外电子摆脱束缚,其中两个原子核互相吸引、碰撞,进而发生聚变反应。但毕竟,地球的引力仅仅是太阳的三十三万分之一。要在地球上将超高温等离子体约束起来,实现可控核聚变,难度堪比“夸父逐日”。

早在1984年,潘垣参与并完成了中国第一座“人造太阳”装置——中国环流器一号

建造中国环流器一号之初,所需的参考材料极为缺乏,工程设计人员手里仅有介绍原苏联相关装置概况的4页文章。至于装置的每一个部件具体该怎样设计,需要自己摸索琢磨。

“主接线图、控制系统的逻辑图都是我自己画的,那时候年轻,晚上一搞就搞到12点,甚至更晚都有。装置很复杂,超高真空、外通电源好几套,一边画一边思考、讨论,反复修改,装置的尺寸配合总体是稳定的。”潘垣回忆道。

此外,还需要解决设备来源的问题。潘垣与外部工厂合作,进行了大量的设备研发。其中最令他自豪的是其主持研发的两台交流脉冲发电机,这为中国核聚变领域的发展提供了强大的动力。这两台80兆瓦的脉冲发电机是当时中国发电机容量最大的两台发电机,至今仍在使用。

潘垣和团队克服万难,终于在1984年9月21日,成功研制中国环流器一号装置研制。它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入到规模物理实验阶段,为中国核聚变研究和发展提供了重要的实验平台,成为中国受控核聚变研究发展的一个里程碑。

环流一号研制成功后,核聚变的相关研究一直都是潘垣的核心工作。2016年,潘垣又将聚变材料锁定为氘元素,在国际上首创提出了新的技术路径——氘氘聚变

去年11月,湖北省重大科技基础设施“磁约束氘氘聚变中子源预研装置”项目获批,在武汉新城光谷科学岛启动建设,潘垣和他的学生将围绕项目建设继续探索。

探索终极能源

潘垣的关注点从来都是瞄准国家所需,目标锁定人无我有、人有我强、人强我新。

除了核聚变能源,潘垣还致力于中国脉冲强磁场实验装置的建设。20世纪末,潘垣敏锐地注意到,自20世纪80年代发现高温超导以来,欧、美相继建设了脉冲强磁场实验室。他随即于2001年提出尽快建设中国脉冲强磁场实验装置,这后来成为“十一五”期间我国建设的12项重大科技基础设施之一。

为推进工程,潘垣带领团队提出双电容器耦合动态调控方案,解决了脉冲平顶磁场生成过程中的一些技术难题,使得我国在脉冲强磁场技术方面走在了世界前列。

截至2022年底,该设施已累计运行超过7万小时,为北京大学、清华大学、中科院物理研究所等119个国内外科研单位提供科学研究服务1677项,在Nature、Science、PRL等期刊发表论文1385篇,取得了包括发现第三种规律新型量子振荡等在内的一大批原创成果。

潘垣常年订阅四份报纸,从国家发展的脉络里,找寻自己的专业背景能够解决的难题。

针对京津冀雾霾问题,他提出建设柔性直流电网,为2022年冬奥会的成功举办提供了优质环境保障;针对南方电网用电负荷大的问题,他创新研发世界首台50万伏机械型直流断路器,避免电网基础设施的损失……

眼下,潘垣团队正在对瞬间升温和能源回收方向,进行多类型实验,朝着终极能源的方向不断探索。潘垣说,这是他的收官之作,也是世界上最困难的科研工作。他可能看不到自己的收官之作在国际舞台大放异彩的那天了,但只要中国人能借此站上世界之巅,他就高兴。

(通讯员:沈科)