為人類可持續(xù)能源貢獻(xiàn)“中國(guó)方案”-華科大為“人造太陽”耕耘二十年

1、為人類可持續(xù)能源貢獻(xiàn)“中國(guó)方案2020年11月，一份為國(guó)家新能源戰(zhàn)略建言獻(xiàn)策的報(bào)告牽動(dòng)著黨中央與華中科技大學(xué)中國(guó)工程院院士潘垣團(tuán)隊(duì)的心。這份報(bào)告以詳盡的數(shù)據(jù)和科學(xué)的論證，重點(diǎn)匯報(bào)了改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、解決能源環(huán)境問題的相關(guān)途徑與方法。作為報(bào)告起草人，20年來，潘垣團(tuán)隊(duì)以從根本上解決人類能源問題為目標(biāo)，積極參與國(guó)際大科學(xué)工程，主動(dòng)貢獻(xiàn)“中國(guó)方栄O近年來，國(guó)際各界逐漸意識(shí)到，無論是傳統(tǒng)的化石能源，還是近年來興起的多種新能源，實(shí)際上都無法滿足未來人類社會(huì)發(fā)展的需求。于是，不斷發(fā)光散熱的太陽就成了科學(xué)家在能源領(lǐng)域重點(diǎn)注重的研究對(duì)象：我們能夠模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的機(jī)制，升起一輪能自主掌控的“人造太陽”嗎？核聚

2、變，正是太陽能量秘密之所在。但核聚變研究是一個(gè)時(shí)間跨度長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)人力有著超高需求的大型研究項(xiàng)目，單憑某一個(gè)組織或者國(guó)家是不可能實(shí)現(xiàn)的。所以，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。此項(xiàng)研究由我國(guó)與歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)六方一同參與，是當(dāng)前全球規(guī)模最大、影響最長(zhǎng)遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，旨在模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的核聚變過程，為人類提供“無污染、無碳、安全、實(shí)際上不產(chǎn)生廢料的能源”O(jiān)潘垣團(tuán)隊(duì)就活躍在這項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)工程中。在“等離子體破裂”這個(gè)研究領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)的等離子體不穩(wěn)定性控制和破裂危害緩解技術(shù)位居全球領(lǐng)先地位。同時(shí)也是全球唯一能做到破裂逃逸電子完全抑制的科研團(tuán)隊(duì)，在實(shí)驗(yàn)中得到的逃逸

3、電流耗散速率曾創(chuàng)下世界第一的紀(jì)錄。潘垣團(tuán)隊(duì)的國(guó)際影響力日益提升，其成員多次在相關(guān)領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上作特邀報(bào)告，為其他國(guó)家同行提供技術(shù)指導(dǎo)。今年10月，團(tuán)隊(duì)的J-TEXT實(shí)驗(yàn)裝置也被國(guó)際科技顧問委員會(huì)列為四大破裂緩解技術(shù)研究裝置之一，進(jìn)一步確立其研究在國(guó)際領(lǐng)先方陣的地位。這個(gè)切都源于團(tuán)隊(duì)20年來從未改變的信念與堅(jiān)持。早布局抓時(shí)機(jī)從向外借力到自主發(fā)力1980年建成的TEXT（后升級(jí)為TEXT-U）本是建在美國(guó)得克薩斯大學(xué)的磁約束聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置。在美運(yùn)行期間，開展了大量富有成效的實(shí)驗(yàn)研究工作，在國(guó)際聚變界具有重要影響。不過因?yàn)槊绹?guó)政策的變化，到了2001年，TEXT-U面臨要么報(bào)廢、要么拆遷的

4、選擇。就在此時(shí)，得知消息的潘垣立刻意識(shí)到，這是我國(guó)以低成本直接介入磁約束聚變研究前沿，參與國(guó)際合作研究的絕好機(jī)會(huì)。更有意義的是，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行費(fèi)用低，可頻繁放電，特別適合作為教學(xué)裝置，培養(yǎng)我國(guó)聚變工程所急需的高級(jí)人才。在多方爭(zhēng)取下，2003年年底，TEXT-U漂洋過海，落戶武漢喻家山腳下。這不但是大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般意義上的搬遷，而且是實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)地位、研究特色、國(guó)際群體等“無形資產(chǎn)”的繼承，使新實(shí)驗(yàn)室一開始就站在國(guó)際合作的高起點(diǎn)上。裝置回國(guó)后，在潘垣、于克訓(xùn)教授的帶領(lǐng)下，聚變所第一批研究人員一齊上陣，奮戰(zhàn)兩年，終于在2006年這個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上讓TEXT-U在喻家山下恢復(fù)放電，重新運(yùn)轉(zhuǎn)起來，并改

5、名為有著中美合作含義的J-TEXT(Joint-TEXT)。2006年5月24日，我國(guó)與其他六方一起，在比利時(shí)布魯塞爾草簽國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆聯(lián)合實(shí)施協(xié)定。這標(biāo)志著ITER計(jì)劃實(shí)質(zhì)上進(jìn)入正式執(zhí)行階段，也標(biāo)志著我國(guó)成為ITER計(jì)劃的實(shí)質(zhì)成員國(guó)。在國(guó)內(nèi)，相關(guān)工作立馬熱火朝天地開展起來。依托這個(gè)裝置，學(xué)校不但發(fā)展了等離子體物理及核聚變等學(xué)科，還依托其大型脈沖發(fā)電機(jī)組，建成了教育部部屬高校和湖北省首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施一一武漢國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心。隨著工作的正式展開，研究團(tuán)隊(duì)也日益壯大，從當(dāng)初的六七人發(fā)展到如今有研究人員27人，技術(shù)人員14人，研究生超過100人。先后承擔(dān)了國(guó)家級(jí)重大研究項(xiàng)目數(shù)十項(xiàng)，

6、發(fā)表SCI論文近200篇。更為重要的是，從一開始團(tuán)隊(duì)就以ITER計(jì)劃中最重要的問題一一磁流體不穩(wěn)定性及其導(dǎo)致的等離子體大破裂為主攻方向，積極準(zhǔn)備著在ITER開展實(shí)驗(yàn)，與世界各國(guó)同臺(tái)競(jìng)技。以合作謀突破以高水平研究助推人才培養(yǎng)2016年，還在聚變所任教的胡啟明在核聚變上發(fā)表研究文章，對(duì)利用撕裂?？刂祁I(lǐng)域的研究極具指導(dǎo)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。同年底，該文被選為期刊高亮論文。胡啟明就是“土生土長(zhǎng)”的華科大電氣人，2009年保送到聚變所攻讀博士學(xué)位。剛接觸到J-TEXT的相關(guān)研究，他也是“兩眼一抹黑”。但在導(dǎo)師的指導(dǎo)和課題組師兄師姐的幫助下，很快就“上了路”o“聚變所有一個(gè)傳統(tǒng)，就是無論工作再怎么忙，也要擠出

7、時(shí)間來組織學(xué)習(xí)，對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的理論基礎(chǔ)和前沿?zé)狳c(diǎn)做梳理、總結(jié)。一方面開闊了眼界，另一方面更是打牢了年輕人的研究基礎(chǔ)?！闭沁@篇文章吸引了美國(guó)普林斯頓大學(xué)等離子體物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)負(fù)責(zé)人。他們力邀胡啟明加盟，繼續(xù)從事相關(guān)研究。無獨(dú)有偶，如今在加州大學(xué)洛杉磯分校的陳杰同樣是在聚變所找準(zhǔn)了自己的研究路徑與方向并取得了突出成績(jī)。2008年，正在物理學(xué)院學(xué)習(xí)的他對(duì)聚變產(chǎn)生了興趣，聽說電氣學(xué)院有相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)。他就自己跑到聚變所了解情況。沒想到正好碰上在所里開會(huì)的潘垣與時(shí)任所長(zhǎng)莊革。兩位老師面對(duì)這個(gè)虛心求教的年輕人，打開了話匣子。陳杰自此立下了要在聚變領(lǐng)域闖出一番天地的志向。2014年博士畢業(yè)時(shí)，他關(guān)于等離

8、子體內(nèi)部磁場(chǎng)檢測(cè)儀器相關(guān)的研究走在了業(yè)界最前沿，其精度超過了美國(guó)麻省理工學(xué)院的雙色偏振儀，得到聚變界高度注重。陳杰不但獲邀在國(guó)際高溫等離子體診斷學(xué)術(shù)大會(huì)上作特邀報(bào)告，還被美國(guó)最大的聚變實(shí)驗(yàn)室聘請(qǐng)，為相關(guān)裝置設(shè)計(jì)偏振儀診斷。加強(qiáng)與國(guó)際高水平大學(xué)的合作，聯(lián)合推進(jìn)高水平基礎(chǔ)研究和高技術(shù)研究，提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量，為高水平人才提供更好的發(fā)展空間，也正是聚變所長(zhǎng)期以來所追求的目標(biāo)。圍繞J-TEXT的研究，華科大、聚變所培養(yǎng)了一批又一批人才，不斷提高我國(guó)在聚變領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)兩大聚變?cè)核斯I(yè)西南物理研究院、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院陳偉、季小全，亞太物理學(xué)會(huì)等離子體物理大會(huì)“杰出青年科學(xué)家獎(jiǎng)”獲

9、得者王璐，“青年科學(xué)家獎(jiǎng)(U30)”獲得者郭偉欣以及現(xiàn)任ITER工程司副司長(zhǎng)武松濤，他們都是我國(guó)在該研究領(lǐng)域的佼佼者。盯需求望前沿為國(guó)際大科學(xué)工程寫就中國(guó)方案潘垣認(rèn)為，科學(xué)研究既要不等不靠，也離不開強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。通過國(guó)際合作，結(jié)合全人類的智慧將能更快地實(shí)現(xiàn)跨越式的突破。等離子體大破裂對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行帶來的巨大危害，多年來始終困擾著研究者。2008年，聚變所丁永華教授團(tuán)隊(duì)在對(duì)比研究了過去普遍使用的經(jīng)典研究思路后，提出了一種新的思路來解決這個(gè)問題。而為了驗(yàn)證這個(gè)思路是否可靠有效，實(shí)驗(yàn)一做就是近10年。團(tuán)隊(duì)成員饒波說，實(shí)驗(yàn)每年按照計(jì)劃要進(jìn)行兩輪，每次持續(xù)3個(gè)月左右。在完成其他相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)其他

10、時(shí)間都一心撲在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)備上。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了新方案的效果。這個(gè)研究成果在2018年榮獲湖北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。選擇強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手、加強(qiáng)國(guó)際合作，那就要有坐得下來、張得開口、說得明白的能力。2018年10月，聚變所青年教師程芝峰以ITER合伙人的身份前往法國(guó)總部開展研究工作。在總部，程芝峰要與來自多國(guó)的頂尖科學(xué)家聯(lián)手參與研發(fā)。此前并沒有海外留學(xué)經(jīng)歷的他，不免還有些發(fā)怵。真正投入工作后，程芝峰逐步放下了懸著的心。早在聚變所打下的基礎(chǔ)，這時(shí)發(fā)揮了作用?！八锝?jīng)常會(huì)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專家過來做報(bào)告、舉行國(guó)際會(huì)議、開展聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，這為我融入法國(guó)總部的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！痹谧约贺?fù)責(zé)的設(shè)計(jì)方案與性能評(píng)估報(bào)告順利通過評(píng)審后，近期ITER組織光譜診斷負(fù)責(zé)人還邀請(qǐng)他給印度方幫忙，完善其負(fù)責(zé)的邊界X射線光譜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。德國(guó)于里希研究中心、美國(guó)普林斯頓大學(xué)、韓國(guó)國(guó)立聚變研究所聚變所研究人的腳步邁向全球，能力過硬、方向明確，他們成為ITER計(jì)劃不可或缺的一支中國(guó)力量。展望新征程，面對(duì)研究中的兩個(gè)關(guān)鍵問題，潘垣團(tuán)隊(duì)已經(jīng)明確了自己的發(fā)展方向一一堅(jiān)持面向前沿、布局