科學島上「種太陽」
坐落合肥市西郊的科學島,與大蜀山隔湖相望,三面環水。驅車緩緩駛入,綠油油的大草坪、枝繁葉茂的樹林相繼映入眼帘,掩映其中的各種實驗場館,讓空氣中仿佛都瀰漫著科學的味道。中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所(以下簡稱等離子體所)就位於其中。
「鎮所之寶」是有著「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(簡稱EAST),4層樓高,直徑8米,重400噸。這套裝置模擬太陽內部核聚變產生巨大能量,一旦成功,將為全人類提供取之不盡、用之不竭的清潔能源,徹底解決能源短缺和環境污染問題。人們把這項工作形象地比喻為「種太陽」。
點亮核聚變發電第一盞燈
秋日的暖陽從窗戶里溜了進來,灑向電腦桌前的陳曉嬌。然而,她卻不曾留意到這些。此時的她,正在為EAST進行著最後的電路維護和檢測。下個月,新一輪的實驗又將開始。
1989年出生的陳曉嬌是等離子體所的一名博士,系EAST裝置內真空室電源負責人。今年4月份,EAST成功實現穩態高約束模式等離子體運行403秒,刷新2017年的101秒世界紀錄。這讓包括陳曉嬌在內的整個團隊既興奮又備感壓力,「403秒不是終點,而是下一個征程的起點」。
「等離子體1億度電子溫度」「1.2億度電子溫度101秒等離子體運行」「1056秒長脈衝高參數等離子體運行」......近年來,EAST已累計開展實驗12萬多次,創造了10多項世界紀錄。每一個振奮人心的數據都是整個核聚變大科學團隊無數個日夜潛心鑽研換來的。
「大家之所以這麼拼,為的就是在中國的大地上點亮核聚變發電的第一盞燈」。2011年,畢業於中國科學技術大學近代物理系等離子體物理專業的博士陳冉加入團隊,開始從事高溫下的等離子體診斷。12年里,帶著這份初心,他和團隊攻克了一個接一個的「卡脖子」技術難題,也見證了這些世界紀錄的誕生。「搞科學實驗是很枯燥、很辛苦的,如果不是這份信念,很難堅持下來」。陳冉說,工作以來,每天晚上10時下班是常態,趕上做實驗時,夜裡一兩時下班也是家常便飯。
在等離子體所,像「上了發條」一樣的不止陳冉一人。
聚變電源作為磁約束核聚變裝置的能量輸入保障,直接關係著聚變裝置實驗運行的成敗及裝置安全。陳曉嬌和她的團隊負責的就是整套裝置的電源系統。「簡單地說,我們這塊就是等離子體運行的腿,沒有我們,他們跑不了」。陳曉嬌說,這份特殊性和重要性讓他們在工作時不敢有一絲閃失。眼下,新一輪實驗即將開始,為給實驗做好保駕護航工作,整個團隊每天都會給各個電力設備檢查線路。「實驗時,我們會候在一旁,一手拿著滅火器,一手摁著即停開關,隨時應對各種突發的電路問題。必要時,為保護磁體和超導體線圈,我們會啟動最後一級保護——爆破」。說這話時,陳曉嬌推了推鼻樑上的框架眼鏡,溫柔的外表難以看出日常工作的艱辛。
「上學那會,大家都覺得,搞物理研究就得來科學島」。一心想科技報國的「90後」博士後李恭順,為了加入這個團隊,本科畢業後一路參加各種考試,通過層層選拔,才最終走到了這裡。如今已是等離子體所副研究員的他,主要負責EAST裝置上的微波診斷。「一群人一起鑽研實驗,這本身就很吸引我」。李恭順舉例道,今年三四月份,在衝刺403秒時,誰都不知道最後的極限值是多少,但實驗大樓里的每個人都全力以赴,甚至整夜燈火通明。實驗當晚,不少本該下班的同事都不約而同地留下來見證。「當時,所有人都盯著大螢幕,緊張到不敢出氣。倒計時結束時,所有人都在狂呼、慶祝,那是發自內心的喜悅」。
因為核聚變的巨大「磁場」,這群「種太陽」的人正緊緊地聚集在科學島上。
陳曉嬌
從追跑到領跑的「逆襲」路
目前,從事EAST研究工作的核心團隊有300多人,以「80後」「90後」為主,平均年齡35歲。平日裡大家奮鬥在各自負責的科研領域,攻堅克難時又會聚在一起共同商討,碰撞火花。這種各有分工又互相配合的工作氛圍,在陳冉看來是一個「剛剛好」的狀態,「猶如萬丈高樓,沒有一塊磚是多餘的」。
「別看我們島上每年都有很多人外出交流、學習,但是人才流失率很低」。陳冉以自己為例,當初與自己同批進來的青年科學家們基本上都留了下來,大多已成為所里科研的中堅力量。這其中,最吸引大家的當屬科學島上嚴謹又包容的科研氛圍。
「所里不怕大家出去,而且會想盡各種辦法把大家送出去,讓大家多出去走走看看、學習先進的科學理念」。陳冉說,中國在核聚變領域的實驗本身起步就晚,靠自己在家閉門造車是根本行不通的,在這種共識下,等離子體所一直提倡開放性的學術交流,鼓勵大家多參與全球的頂尖科技項目研發。2018年4月至7月,陳冉就曾被外派至美國通用原子能公司DIII-D國家聚變實驗裝置進行短期訪問,與美方人員就高極向比壓等離子體對外加RMP的磁流體動力學響應開展合作研究。
隨著實驗的推進,每走一步難度都會加大很多,這個時候,各種學術交流會幫助大家找到靈感。一次,EAST裝置實驗得出一組新的數據,團隊里一名研究員存有疑惑。恰好國際上召開一場學術研討會,赴會後的他在會歇時與其他外國科研專家一起交流。「當時,對方隨口說了一句,把實驗的密度試著降一點。同事回來後一試,真的有了重大新發現。」陳冉笑著說。
在島上工作六年,李恭順已經記不清自己外出學習過多少次了,美國、韓國,以及國內的多家科研院所,都留下他的足跡。「科學是沒有止境的,不同階段有不同的難題,只有不斷地學習才能化解這些難題」。李恭順說,島上的同事們有時會自我調侃:「科學島離市中心很遠,但離世界很近。」
據等離子體所團委書記葉華龍介紹,為促進青年科研人才快速成長,依託國際合作試點、ITER項目等,每年派遣百餘名青年骨幹到海外學習交流,培育支持青年骨幹成長;與高校開展聯合培養,設立共享「A+學科」、王淦昌英才班等發現好苗子,為核聚變領域儲備創新型、復合型人才。
抬頭學習,埋頭深耕。十多年的「外引內培」,讓等離子體所凝聚形成了一個「特別能戰鬥、特別能打硬仗、值得信賴的科研團隊」。兩次獲得國家科技進步獎一等獎、四次獲得國際科技合作獎。中國核聚變研究從20世紀70年代零起步開展超導工程研究的追趕;到90年代初建成我國首個、世界第四個超導裝置合肥超環,實現並跑;再到如今東方超環代表的全超導技術的超越和領跑。
陳冉
李恭順
不想再說「永遠的50年」
「人造太陽」被認為是人類能源供應的終極夢想,但由於技術難度太大,商業化運行仍有較長的路要走。對於科研人員來說,這意味著要數十年如一日地甘坐「冷板凳」。
「坊間有個段子,說『可控核聚變距離實際應用永遠有50年』。這雖然是句玩笑話,卻也戳中了我們不能言說的痛。」陳冉說,為了這一天,在40多年的核聚變徵途中,一代又一代科研人員接力傳承,目標有多遠,奔跑的路就有多長。
「那個年代,『大哥大』是非常稀罕的。但現在回過頭去看,有多少意義?外出還需要多帶一個人拎著,笨重又麻煩。但是我覺得正是有了『大哥大』,才有了後來的通信手段的不斷更新疊代,才有了現在的各種手機」。在陳冉看來,現在的核聚變實驗與兒時的「大哥大」有著異曲同工之處,「要先解決有的問題,再有後來的一系列可能。現在的大科學裝置日益成熟,就是為了吸引更多的關注,得到更多優秀的人和資本的支持。科技的進步與發展,必然是全社會共同努力的結果」。
的確,從0到1,再到100,這不僅是整個EAST團隊為之努力的過程,更是一個需要全社會努力的過程。近年來,EAST研究團隊解決了超導磁體、真空、診斷、波加熱、低溫、材料等技術集成問題,先後創造了十餘項世界紀錄。由此衍生出來的相關技術正逐漸改變人們的生活,如合肥地鐵用上了他們研發的等離子體空氣凈化器,「質子刀」正成為一項重要的癌症治療選擇,等離子體深空推進、14T核磁共振等方面的應用也正在開展。
值得一提的是,EAST的發展受到了習近平總書記的關注,早在2011年4月,時任國家副主席習近平在視察等離子體所時,便與EAST裝置有了一次近距離接觸。2016年,習近平總書記考察安徽,在中國科學技術大學先進技術研究院參觀安徽省科技創新成果展時,聽取了我國聚變研究實驗裝置EAST最新進展的相關彙報。
「人類的文明進步離不開科技創新的支撐,人類的生存發展離不開能源,而能源的永續利用離不開科技進步」。習近平總書記的話語正是等離子體所科研人員的行動指南。
結束採訪後,走出等離子體所時,被餘暉籠罩的科學島愈發迷人。落日躲進西山,「種太陽」的年輕人依舊向陽而生,逐光前行。
本報記者 程榕娟