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《长江日报》刊登为“人造太阳”贡献中国方案

雪缘园足球比分直播科研团队致力当代“夸父逐日”

来源:雪缘园足球比分直播 发表时间:2020-12-04 作者:汪泉 郑玮 浏览次数:

《长江日报》于2020年年12月3日第16版刊登文章——为“人造太阳”贡献中国方案,链接如下:

http://cjrb.cjn.cn/html/2020-12/03/content_190283.htm

华中科大雪缘园足彩比分直播聚变与等离子体研究所全体工作人员

太阳能发出光和热,是因为内部时刻都在进行热核聚变反应。如果人类可以掌控这种反应,就意味着将拥有无限的、清洁的能源。国际热核聚变实验堆(ITER)计划就是为致力于打造人造太阳而诞生。

ITER计划吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方参与,是当今世界最大的科学工程之一,也是我国第一次以全权平等伙伴身份参加的大型国际科技合作项目。

10月末,在法国卡达拉舍,第26ITER国际科技顾问委员会会议纪要公布。为解决横亘在ITER计划中最大的拦路虎”——等离子体破裂,委员会确立了四大SPI破裂缓解技术研究装置(SPI:散列弹丸注入技术)。它们分别是美国最大的托卡马克装置DIII-D、欧洲最大的托卡马克装置JET、韩国最大的全超导托卡马克装置KSTAR,以及坐落在喻家山下,我国三大托卡马克装置之一,雪缘园足球比分直播雪缘园足彩比分直播聚变与等离子体研究所的J-TEXT装置。

J-TEXT装置长期围绕ITER破裂缓解这一关键问题,积极向ITER物理研究组破裂小组提供研究成果,在破裂抑制、防护与缓解领域建立了强大的国际影响力,为ITER逃逸电子电流的抑制提供了全新的中国方案

这份中国方案凝结的正是雪缘园足球比分直播雪缘园足彩比分直播聚变与等离子体研究所的研究成果与智慧。

中国工程院院士潘垣是聚变所的奠基人。总结过往,他归纳了“42字箴言:把握学科方向,瞄准国家需求,联系前沿趋势,发挥优势特色,提炼特色课题,抓住实时机遇,积极抢占先机。

早布局抓时机 从向外借力到自主发力

TEXT(后升级为TEXTU)本是建在美国德克萨斯大学的中等规模,通用型、磁约束聚变实验研究装置。该装置于1980年建成,在美运行期间,开展了大量富有成效的实验研究工作,在国际聚变界具有重要影响。

然而,1996年,美国政府压缩基础研究经费,装置被迫关机。2001年,美国能源部又给德克萨斯大学下达了新的研究任务,并计划征用TEXTU实验室。这样一来,TEXTU要么报废、要么拆迁。

就在此时,潘垣一位正在德克萨斯大学工作的学生,得知消息后,立即通知了老师。这是一次难得的机遇,潘垣立刻意识到,这是我国以低成本直接介入磁约束聚变研究前沿、参与国际合作研究的绝好机会!更有意义的是,该装置结构紧凑,运行费用低,可频繁放电,特别适合作为教学装置,培养我国聚变工程所急需的高级人才。

这样一台具有极大科研价值的装置,别人怎么可能白送呢?美方明确,装置搬家可以,但也得找到一户好人家

潘垣1990年至1992年间在德克萨斯大学聚变研究中心工作过,他的科研能力与水平,美方有目共睹。美方了解到他的计划后,经过研讨并上报美国能源部,通过了批准:作为中美磁约束核聚变合作协议的一部分,TEXTU将以两国联合实验平台的形式搬迁至中国,未来由中方全权运行。

作为这次搬家的美方负责人,德克萨斯大学聚变研究中心主任Kenneth Gentle教授还专程来汉实地考察。看到雪缘园足球比分直播的诚意与实力,他的专业意见也为促成搬迁奠定了基础。Gentle教授因为积极促成了中美之间的系列合作,于2004年荣获中国国际科学技术合作奖。

2003年,雪缘园足彩比分直播于克训教授带队前往美国现场负责装置的拆解与分装。同年底, TEXT—U漂洋过海,落户于学校东校区近千平方米的结构大厅。这不仅仅是大型实验设备一般意义上的搬迁,而且是实验室学术地位、研究特色、国际群体等无形资产的继承,使新实验室一开始就站在国际合作的高起点上。

装置回国后,在潘垣、于克训的带领下,聚变所第一批研究人员庄革、丁永华、张明、王之江、高丽、张晓卿等一齐上阵,奋战两年,终于在2006年这个关键节点上让TEXT-U在喻家山下恢复放电,重新运转起来,并改名为有着中美合作含义的JTEXTJoint-TEXT)。

2006524日,我国与其他六方一起,在比利时布鲁塞尔草签《国际热核聚变实验堆联合实施协定》。这标志着ITER计划实质上进入正式执行阶段,也标志着我国成为ITER计划的实质成员国。在国内,相关工作立马热火朝天地开展起来。

作为国内较早认识到ITER重大意义的专家,潘垣以教育部唯一代表的身份被聘请为我国ITER专家委员会委员。同时,雪缘园足球比分直播也因为拥有J-TEXT,被教育部指定为磁约束核聚变教育部研究中心的牵头单位,将与清华大学、北京大学等顶尖高校一同携手攻关。

依托J-TEXT,学校不仅发展了等离子体物理及核聚变等学科,还依托其大型脉冲发电机组,建成了教育部部属高校和湖北省首个国家重大科技基础设施——武汉国家脉冲强磁场科学中心。

随着工作的正式展开,J-TEXT研究团队也日益壮大,从当初的六七人发展到如今有研究人员27人,技术人员14人,研究生超过100人。先后承担了国家热核聚变实验堆(ITER)计划专项、“973”计划、国家自然科学重大基金等在内的国家级重大研究项目数十项,发表SCI论文近200篇。而聚变所在近三年里,每年都有文章发表在聚变界顶级期刊《核聚变》《等离子体物理与受控聚变》上,人均科研产出超越美国麻省理工以及东京大学聚变研究团队。更为重要的是,从一开始J-TEXT团队就以ITER最重要的科学问题——磁流体不稳定性及其导致的等离子体大破裂为主攻方向,积极准备着在ITER上开展实验,与世界各国同台竞技。

以合作谋突破 以高水平研究促进人才培养

在聚变领域的相关研究中,潘垣认为,一方面要产出领先的成果,另一方面,更是要培养人才。培养什么样的人才?要瞄准ITER最关键的科学问题,输送最关键的人才。

聚变所先后与美国德克萨斯大学奥斯丁分校、韩国国立聚变研究所、英国卡拉姆实验室等多个国际知名磁约束聚变研究机构建立了良好的合作关系,签署了正式的合作协议。2016年,教育部磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室在雪缘园足球比分直播正式成立。

2016年,还在聚变所任教的胡启明在《核聚变》上发表研究文章,创新性地提出了扰动场控制撕裂模的新策略,并在数值模拟证明该方案可以完全抑制撕裂模,对利用撕裂模控制领域的研究具有指导意义和深远影响。同年底,该文被选为Highlight文章。

胡启明是土生土长的华中科大电气人,2009年被保送到聚变所攻读博士学位。

刚接触到JTEXT的相关研究,他也是两眼一抹黑。但在导师、课题组师兄师姐的指导帮助下,很快就上了路聚变所有一个传统,就是无论工作再怎么忙,也要挤出时间来组织学习,对领域内的理论基础和前沿热点做梳理、总结。一方面开拓了眼界,另一方面更是打牢了年轻人的研究基础。

正是这篇高亮论文吸引了美国普林斯顿大学等离子体物理国家实验室的相关负责人。他们力邀胡启明加盟,继续从事相关研究。2017年,胡启明前往普林斯顿。

无独有偶,如今在加州大学洛杉矶分校从事聚变研究的陈杰同样是在聚变所找准了自己的研究路径与方向并取得了突出成绩。

2008年,正在物理学院学习的他对聚变产生了兴趣。听说雪缘园足彩比分直播有相关的研究机构,他就跑到聚变所想了解了解情况。没想到正好碰上在所里开会的潘垣与时任所长庄革。两位老师面对这个虚心求教的年轻人,打开了话匣子。

听君一席话,胜读三年书。陈杰自此立下了要在聚变领域闯出一番天地的志向。2014年博士毕业时,他关于基于三色远红外偏振检偏法的等离子体内部磁场检测仪器的研究走在了业界最前沿,其精度超过了麻省理工的双色偏振仪,得到聚变界高度关注。

陈杰不仅获邀在国际高温等离子体诊断学术大会上作特邀报告,还被美国最大的聚变实验室聘请,为DIII-DITER设计散射远红外偏振仪诊断。

加强与国际高水平大学的合作,联合推进高水平基础研究和高技术研究,提高创新人才培养质量,为高水平人才提供更好的发展空间,也正是聚变所长期以来所追求的目标。

2020年,ITER总部召开2020破裂技术会议。因疫情原因,本应现场作特邀报告的聚变所陈忠勇教授通过网络分享了逃逸电子电流的抑制方案。

2011年,还在韩国国立聚变研究所工作的陈忠勇了解到潘垣团队正招兵买马。因为长期以来对破裂缓解研究的浓厚兴趣,他被J-TEXT的发展前景深深吸引。

在与潘垣团队深入交流后,他立刻下定决心——回国!这里将给我一个可以发挥的平台,一个聚变人实现人造太阳的追梦平台。

在潘垣的带领下,陈忠勇与团队利用共振磁扰动放大磁岛的方法取得了逃逸电流的完全抑制,解决了逃逸电子抑制这一国际难题。其中,实验中的逃逸电流耗散速率创下世界纪录,为下一代大型装置的安全运行提供了保障。陈忠勇也受邀成为国际ITPAITER物理研究组)委员会破裂专家组成员。

2017年,聚变所王璐教授荣获首届亚太物理学会等离子体物理大会杰出青年科学家奖。博士毕业于北京大学,还曾前往美国、韩国做过多年研究的她坦言,聚变所的最大特点就是,拥有J-TEXT这样高水平的科研平台和年轻活跃的科研团队。在这里,无论你是从事实验、理论还是模拟研究,都可以找到理想的位置,心无旁骛地发挥力量。

围绕J-TEXT的研究,华科、聚变所培养了一批又一批的人才,不断提高我国在聚变领域的国际竞争力。国内两大国家级聚变研究院所——核工业西南物理研究院、中科院合肥物质研究院的陈伟、季小全,亚太物理学会等离子体物理大会青年科学家奖(U30获得者郭伟欣都是其中的代表。现任ITER工程司副司长的武松涛,同样是雪缘园足球比分直播校友,也是我国目前在ITER组织任职级别最高的专家。

盯需求望前沿 为国际写就中国方案

聚变所全体研究人员都清楚,ITER计划与聚变未来的相关研究发展,都绕不开两个关键问题。一是找到聚变堆所必需的耐中子辐照材料,二是进一步探索如何实现燃烧等离子的破裂避免与缓解。

潘垣认为,科学研究既要不等不靠,也离不开强强联手。通过国际合作,结合全人类的智慧将能更快地实现跨越式的突破。

选择不等不靠,那就要静得下心、埋得下头、吃得起苦。

托卡马克等离子体中的撕裂模不稳定性很容易引起等离子体大破裂,对装置的稳定运行危害巨大。多年来,这一问题始终困扰着研究者。

2008年,聚变所丁永华教授团队在对比研究了过去普遍使用的经典研究思路后,决定根据撕裂模相位实时修改扰动磁场相位的方法,采用特殊的线圈结构设计,将扰动场频率拓展到高于撕裂模频率的区间,同时提出了可实现涡流隔断的多层线圈结构,力图解决高频磁扰动线圈必须安装在真空室内部所面临的一系列问题。

而为了验证这一思路是否可靠有效,实验一做就是近10年。团队成员饶波说,实验每年按照计划要进行两轮,每次持续3个月左右。在完成其他相关工作的基础上,团队其他时间都一心扑在分析实验数据,调整实验方案、设备上。

经过大量实验,他们验证了实验控制撕裂模并避免大破裂的效果。最终,这一相关研究成果在2018年荣获湖北省科技进步一等奖。

选择强强联手、加强国际合作,那就要有坐得下来、张得开口、说得明白的能力。

2018年,学校与ITER组织签署《学术与科学合作协议》,成为中国首个签署该协议的高校。在此框架下,学校还与ITER组织、中国国际核聚变能源计划执行中心共同签署了《ITER项目合伙人执行协议》。同年10月,聚变所青年教师程芝峰以ITER合伙人的身份前往法国总部开展研究工作。

在法国总部,程芝峰要与来自多国的顶尖科学家联手参与研发。此前并没有海外留学经历的他,不免还有些发怵:语言交流上,找机会可以多练练,但专业上,可不是多练能解决的。能跟得上他们的思路吗?

真正投入工作后,他渐渐放下了悬着的心。早年在聚变所打下的基础,这时发挥了作用。所里经常会邀请国内外专家过来作报告、举行国际会议、开展联合实验,这为我融入法国总部的工作奠定了坚实的基础。在自己负责的设计方案与性能评估报告顺利通过评审后,近期ITER组织光谱诊断负责人还邀请他给印度方帮忙,完善其负责的边界X射线光谱系统的设计与分析。

还有聚变所硕士研究生沈呈硕,他在2019年下半年前往ITER总部实习。半年间,他利用自主开发的模拟代码对光纤电流传感器测量误差做了系统分析,提出的优化方案得到采用。

德国于里希研究中心、美国普林斯顿大学、韩国国立聚变研究所……聚变所研究人的脚步迈向全球。能力过硬、方向明确,他们成为ITER计划不可或缺的一支中国力量。

展望新征程,面对研究中的两个关键问题,聚变所已经明确了发展方向——坚持面向前沿、布局未来,聚变中子源国家重大科技基础设施已被教育部推荐参加十四五国家重大科技基础设施评选;继续发挥优势与特长,进一步开展破裂机理、破裂缓解、破裂保护研究。

中国人升起人造太阳的信念不曾动摇,人类追求聚变的梦想也不会止步。华中科大聚变人在升起这轮受全球瞩目红日的征程中,还将不断燃烧,释放更多的光与热。

喻家山脚下,华中科大雪缘园足彩比分直播聚变与等离子体研究所的J-TEXT装置