“我最大的夢(mèng)想就是在我的有生之年，能夠有一盞燈被核聚變點(diǎn)亮，這盞燈一定要在中國(guó)合肥。”這是中國(guó)工程院院士李建剛五年前在中央電視臺(tái)《開(kāi)講啦》節(jié)目中許下的愿望。五年后的今天，在中國(guó)科大附中的孩子們面前，李建剛“修改”了曾經(jīng)的表達(dá)：“過(guò)去我認(rèn)為這是有生之年不一定看得到的，所以叫做‘夢(mèng)想’，而現(xiàn)在，新的時(shí)代和機(jī)遇給了我們絕佳的舞臺(tái)。我相信十年之內(nèi)，一定能看到有一盞燈在咱們合肥被核聚變點(diǎn)亮。”
2月22日，李建剛院士受“墨子沙龍”的邀請(qǐng)，面向中國(guó)科大附中的高中生們，講述了他心中的“太陽(yáng)”。
能源問(wèn)題是關(guān)乎文明發(fā)展的全人類共同的問(wèn)題
無(wú)論是國(guó)外的科幻大片《鋼鐵俠》還是國(guó)內(nèi)的春節(jié)黑馬《流浪地球2》，都不約而同地出現(xiàn)了同樣的終極能源解決方案——核聚變。事實(shí)上，發(fā)展、利用核聚變技術(shù)，解決人類未來(lái)的能源問(wèn)題，是一項(xiàng)全人類需要共同面對(duì)的課題。為這一課題貢獻(xiàn)四十載的李建剛院士，對(duì)“人類命運(yùn)共同體”的理解，可能比大多數(shù)人都深刻。
人類雖然擁有漫長(zhǎng)的文明史，但是對(duì)化石能源的大量利用是近兩千年的事，尤其是進(jìn)入工業(yè)社會(huì)，化石能源加速消耗，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的100到300年，化石能源必然枯竭，人類的文明想要繼續(xù)發(fā)展，必須尋找新的能源。
其中，核聚變是公認(rèn)的最佳解決方案，它具備固有安全性，即使發(fā)生事故，反應(yīng)立刻停止;它的反應(yīng)產(chǎn)物十分清潔，是“碳中和”背景下的必然選擇;它的原料來(lái)源廣泛，原料利用率高，相對(duì)于人類文明的時(shí)間尺度來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為“取之不盡，用之不竭”。
在能源安全和碳中和兩大背景下，聚變能已成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略焦點(diǎn) 。
李建剛院士在墨子沙龍
“人造太陽(yáng)”兩大難——“點(diǎn)火”難，“維持”亦難
核聚變雖好，實(shí)現(xiàn)卻不易，“點(diǎn)火”和“持續(xù)燃燒”是人類必須攻克的兩大山頭。
核聚變總被稱作“人造太陽(yáng)”，之所以有這個(gè)“昵稱”，是因?yàn)樘?yáng)的能量來(lái)源就是核聚變。人類理想中的“小太陽(yáng)”，就是希望在地球上造出可控的、可以持續(xù)輸出能量的、經(jīng)濟(jì)效益可觀的核聚變裝置。從上世紀(jì)50年代開(kāi)始，全世界科學(xué)家為之奮斗了幾十年。
“太陽(yáng)”的燃燒，核心溫度高達(dá)上億度，自然不能使用普通容器，必須用強(qiáng)磁場(chǎng)將其約束起來(lái)，托卡馬克就是這樣一個(gè)容器，它最早由前蘇聯(lián)人在上世紀(jì)50年代發(fā)明，很快，我國(guó)就在四川樂(lè)山建立了中國(guó)最大的磁約束聚變基地，由中國(guó)核工業(yè)西南物理研究院提出，并組織設(shè)計(jì)實(shí)施。
上世紀(jì)90年代，蘇聯(lián)已經(jīng)著手開(kāi)發(fā)第二代托卡馬克，有意把第一代裝置送給其他國(guó)家，在時(shí)任中科院等離子體物理研究所所長(zhǎng)的霍裕平院士的領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)用400萬(wàn)人民幣的生活用品交換了前蘇聯(lián)的一臺(tái) T-7 的半超導(dǎo)托卡馬克，經(jīng)過(guò)拆解、重裝、改造，建成了我國(guó)第一個(gè)托卡馬克，并在其上取得了一系列優(yōu)于蘇聯(lián)的實(shí)驗(yàn)成果，也培養(yǎng)了包括李建剛在內(nèi)的一批科學(xué)家。
如今，在中國(guó)的若干成功運(yùn)行的托卡馬克中，最亮眼的莫過(guò)于中國(guó)自主設(shè)計(jì)的東方超環(huán)EAST，它依舊位于合肥科學(xué)島上的中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所，是世界上首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。超導(dǎo)托卡馬克是磁約束聚變發(fā)電的必由之路，利用電阻為零的特性，避免了維持強(qiáng)磁場(chǎng)所需的巨大能量消耗，使得維持燃燒和長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電成為可能。李建剛院士形容超導(dǎo)托卡馬克之路“難于上青天”，超導(dǎo)CICC及磁體技術(shù)、總控及數(shù)采系統(tǒng) 、2kW/4.5K 大規(guī)模低溫制冷系統(tǒng)、超高真空系統(tǒng)等一系列重大技術(shù)難關(guān)被我國(guó)科學(xué)家一一克服。2006年9月26日，EAST成功獲得等離子體;2021年12月，EAST實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。EAST多次創(chuàng)造高約束等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行世界紀(jì)錄，在穩(wěn)態(tài)高性能方面處于國(guó)際領(lǐng)先。
要獨(dú)立自主，也要廣泛合作
如果說(shuō)EAST是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立自主“種太陽(yáng)”的體現(xiàn)，“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”則代表人類通過(guò)廣泛深入的合作共同實(shí)現(xiàn)人造太陽(yáng)的夢(mèng)想。在參與建設(shè)的七方中，我國(guó)進(jìn)度處于七方之首，同時(shí)，一大批企業(yè)得到迅速發(fā)展、自主創(chuàng)新能力得到極大提高，聚變已經(jīng)成為高新技術(shù)應(yīng)用與轉(zhuǎn)化的搖籃。
與此同時(shí)，EAST也敞開(kāi)大門，對(duì)世界開(kāi)放、與全球共享，持續(xù)推動(dòng)圍繞EAST裝置開(kāi)展的金磚國(guó)家聚變合作計(jì)劃。
李建剛院士的四十年研究生涯正是中國(guó)磁約束核聚變實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的跨越發(fā)展的40年，未來(lái)，李建剛有信心解決等離子體燃燒高效點(diǎn)火和穩(wěn)態(tài)維持及安全控制等科學(xué)和工程問(wèn)題，讓核聚變點(diǎn)亮中國(guó)的一盞電燈。
如果說(shuō)“托克馬克”是李建剛核聚變事業(yè)的“太陽(yáng)”，那么，在李建剛心里，還有一個(gè)美好的“太陽(yáng)”——“善良和互助是根植于人類心中的文明內(nèi)核，核聚變可以幫助人類擺脫資源匱乏帶來(lái)的災(zāi)難和戰(zhàn)亂，人類可以在解決能源危機(jī)的過(guò)程中互幫互助，這些都是文明發(fā)展的趨勢(shì)，也是‘人類共同體’的應(yīng)有之義”。
