為人類可持續(xù)能源貢獻“中國方案”-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“中國方案2020年11月，一份為國家新能源戰(zhàn)略建言獻策的報告牽動著黨中央與華中科技大學中國工程院院士潘垣團隊的心。這份報告以詳盡的數(shù)據(jù)和科學的論證，重點匯報了改善我國能源結構、解決能源環(huán)境問題的相關途徑與方法。作為報告起草人，20年來，潘垣團隊以從根本上解決人類能源問題為目標，積極參與國際大科學工程，主動貢獻“中國方栄O近年來，國際各界逐漸意識到，無論是傳統(tǒng)的化石能源，還是近年來興起的多種新能源，實際上都無法滿足未來人類社會發(fā)展的需求。于是，不斷發(fā)光散熱的太陽就成了科學家在能源領域重點注重的研究對象：我們能夠模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的機制，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時間跨度長，對物質人力有著超高需求的大型研究項目，單憑某一個組織或者國家是不可能實現(xiàn)的。所以，國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃應運而生。此項研究由我國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國六方一同參與，是當前全球規(guī)模最大、影響最長遠的國際科研合作項目之一，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、實際上不產生廢料的能源”O(jiān)潘垣團隊就活躍在這項國際大科學工程中。在“等離子體破裂”這個研究領域，團隊的等離子體不穩(wěn)定性控制和破裂危害緩解技術位居全球領先地位。同時也是全球唯一能做到破裂逃逸電子完全抑制的科研團隊，在實驗中得到的逃逸

3、電流耗散速率曾創(chuàng)下世界第一的紀錄。潘垣團隊的國際影響力日益提升，其成員多次在相關領域頂級國際學術會議上作特邀報告，為其他國家同行提供技術指導。今年10月，團隊的J-TEXT實驗裝置也被國際科技顧問委員會列為四大破裂緩解技術研究裝置之一，進一步確立其研究在國際領先方陣的地位。這個切都源于團隊20年來從未改變的信念與堅持。早布局抓時機從向外借力到自主發(fā)力1980年建成的TEXT（后升級為TEXT-U）本是建在美國得克薩斯大學的磁約束聚變實驗研究裝置。在美運行期間，開展了大量富有成效的實驗研究工作，在國際聚變界具有重要影響。不過因為美國政策的變化，到了2001年，TEXT-U面臨要么報廢、要么拆遷的

4、選擇。就在此時，得知消息的潘垣立刻意識到，這是我國以低成本直接介入磁約束聚變研究前沿，參與國際合作研究的絕好機會。更有意義的是，該裝置結構緊湊，運行費用低，可頻繁放電，特別適合作為教學裝置，培養(yǎng)我國聚變工程所急需的高級人才。在多方爭取下，2003年年底，TEXT-U漂洋過海，落戶武漢喻家山腳下。這不但是大型實驗設備一般意義上的搬遷，而且是實驗室學術地位、研究特色、國際群體等“無形資產”的繼承，使新實驗室一開始就站在國際合作的高起點上。裝置回國后，在潘垣、于克訓教授的帶領下，聚變所第一批研究人員一齊上陣，奮戰(zhàn)兩年，終于在2006年這個關鍵節(jié)點上讓TEXT-U在喻家山下恢復放電，重新運轉起來，并改

5、名為有著中美合作含義的J-TEXT(Joint-TEXT)。2006年5月24日，我國與其他六方一起，在比利時布魯塞爾草簽國際熱核聚變實驗堆聯(lián)合實施協(xié)定。這標志著ITER計劃實質上進入正式執(zhí)行階段，也標志著我國成為ITER計劃的實質成員國。在國內，相關工作立馬熱火朝天地開展起來。依托這個裝置，學校不但發(fā)展了等離子體物理及核聚變等學科，還依托其大型脈沖發(fā)電機組，建成了教育部部屬高校和湖北省首個國家重大科技基礎設施一一武漢國家脈沖強磁場科學中心。隨著工作的正式展開，研究團隊也日益壯大，從當初的六七人發(fā)展到如今有研究人員27人，技術人員14人，研究生超過100人。先后承擔了國家級重大研究項目數(shù)十項，

6、發(fā)表SCI論文近200篇。更為重要的是，從一開始團隊就以ITER計劃中最重要的問題一一磁流體不穩(wěn)定性及其導致的等離子體大破裂為主攻方向，積極準備著在ITER開展實驗，與世界各國同臺競技。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，對利用撕裂?？刂祁I域的研究極具指導意義和長遠的影響。同年底，該文被選為期刊高亮論文。胡啟明就是“土生土長”的華科大電氣人，2009年保送到聚變所攻讀博士學位。剛接觸到J-TEXT的相關研究，他也是“兩眼一抹黑”。但在導師的指導和課題組師兄師姐的幫助下，很快就“上了路”o“聚變所有一個傳統(tǒng)，就是無論工作再怎么忙，也要擠出

7、時間來組織學習，對領域內的理論基礎和前沿熱點做梳理、總結。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?！闭沁@篇文章吸引了美國普林斯頓大學等離子體物理國家實驗室的相關負責人。他們力邀胡啟明加盟，繼續(xù)從事相關研究。無獨有偶，如今在加州大學洛杉磯分校的陳杰同樣是在聚變所找準了自己的研究路徑與方向并取得了突出成績。2008年，正在物理學院學習的他對聚變產生了興趣，聽說電氣學院有相關的研究機構。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的潘垣與時任所長莊革。兩位老師面對這個虛心求教的年輕人，打開了話匣子。陳杰自此立下了要在聚變領域闖出一番天地的志向。2014年博士畢業(yè)時，他關于等離

8、子體內部磁場檢測儀器相關的研究走在了業(yè)界最前沿，其精度超過了美國麻省理工學院的雙色偏振儀，得到聚變界高度注重。陳杰不但獲邀在國際高溫等離子體診斷學術大會上作特邀報告，還被美國最大的聚變實驗室聘請，為相關裝置設計偏振儀診斷。加強與國際高水平大學的合作，聯(lián)合推進高水平基礎研究和高技術研究，提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質量，為高水平人才提供更好的發(fā)展空間，也正是聚變所長期以來所追求的目標。圍繞J-TEXT的研究，華科大、聚變所培養(yǎng)了一批又一批人才，不斷提高我國在聚變領域的國際競爭力。國內兩大聚變院所核工業(yè)西南物理研究院、中國科學院合肥物質科學研究院陳偉、季小全，亞太物理學會等離子體物理大會“杰出青年科學家獎”獲

9、得者王璐，“青年科學家獎(U30)”獲得者郭偉欣以及現(xiàn)任ITER工程司副司長武松濤，他們都是我國在該研究領域的佼佼者。盯需求望前沿為國際大科學工程寫就中國方案潘垣認為，科學研究既要不等不靠，也離不開強強聯(lián)手。通過國際合作，結合全人類的智慧將能更快地實現(xiàn)跨越式的突破。等離子體大破裂對實驗裝置穩(wěn)定運行帶來的巨大危害，多年來始終困擾著研究者。2008年，聚變所丁永華教授團隊在對比研究了過去普遍使用的經典研究思路后，提出了一種新的思路來解決這個問題。而為了驗證這個思路是否可靠有效，實驗一做就是近10年。團隊成員饒波說，實驗每年按照計劃要進行兩輪，每次持續(xù)3個月左右。在完成其他相關工作的基礎上，團隊其他

10、時間都一心撲在分析實驗數(shù)據(jù)，調整實驗方案、設備上。經過大量實驗，團隊驗證了新方案的效果。這個研究成果在2018年榮獲湖北省科技進步一等獎。選擇強強聯(lián)手、加強國際合作，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總部開展研究工作。在總部，程芝峰要與來自多國的頂尖科學家聯(lián)手參與研發(fā)。此前并沒有海外留學經歷的他，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，這時發(fā)揮了作用。“所里經常會邀請國內外專家過來做報告、舉行國際會議、開展聯(lián)合實驗，這為我融入法國總部的工作奠定了堅實的基礎。”在自己負責的設計方案與性能評估報告順利通過評審后，近期ITER組織光譜診斷負責人還邀請他給印度方幫忙，完善其負責的邊界X射線光譜系統(tǒng)的設計與分析。德國于里希研究中心、美國普林斯頓大學、韓國國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計劃不可或缺的一支中國力量。展望新征程，面對研究中的兩個關鍵問題，潘垣團隊已經明確了自己的發(fā)展方向一一堅持面向前沿、布局