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发表于 2020-12-22 14:29:15
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为人类可持续能源贡献“中国方案”
——华科大为“人造太阳”耕耘二十年
《光明日报》（ 2020年12月22日 01版）
2020年11月，一份为国家新能源战略建言献策的报告牵动着党ZY与华中科技大学中国工程院院士潘垣团队的心。这份报告以详尽的数据和科学的论证，重点汇报了改善我国能源结构、解决能源环境问题的相关途径与方法。
作为报告起草人，20年来，潘垣团队以从根本上解决人类能源问题为目标，积极参与国际大科学工程，主动贡献“中国方案”。
近年来，国际各界逐渐意识到，无论是传统的化石能源，还是近年来兴起的多种新能源，实际上都无法满足未来人类社会发展的需求。
于是，不断发光散热的太阳就成了科学家在能源领域重点关注的研究对象：我们可以模拟太阳发光发热的机制，升起一轮能自主掌控的“人造太阳”吗？
核聚变，正是太阳能量秘密之所在。但核聚变研究是一个时间跨度长，对物质人力有着超高需求的大型研究项目，单凭某一个组织或者国家是不可能实现的。因此，国际热核聚变实验堆（ITER）计划应运而生。此项研究由我国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国六方一同参与，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，为人类提供“无污染、无碳、安全、实际上不产生废料的能源”。
潘垣团队就活跃在这项国际大科学工程中。在“等离子体破裂”这一研究领域，团队的等离子体不稳定性控制和破裂危害缓解技术位居全球领先地位。同时也是全球唯一能做到破裂逃逸电子完全抑制的科研团队，在实验中得到的逃逸电流耗散速率曾创下世界第一的纪录。
潘垣团队的国际影响力日益提升，其成员多次在相关领域顶级国际学术会议上作特邀报告，为其他国家同行提供技术指导。今年10月，团队的J-TEXT实验装置也被国际科技顾问委员会列为四大破裂缓解技术研究装置之一，进一步确立其研究在国际领先方阵的地位。
这一切都源于团队20年来从未改变的信念与坚持。
早布局抓时机 从向外借力到自主发力
1980年建成的TEXT（后升级为TEXT-U）本是建在美国得克萨斯大学的磁约束聚变实验研究装置。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。
然而由于美国政策的变化，到了2001年，TEXT-U面临要么报废、要么拆迁的选择。
就在此时，得知消息的潘垣立刻意识到，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。
在多方争取下，2003年年底，TEXT-U漂洋过海，落户武汉喻家山脚下。这不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、于克训教授的带领下，聚变所第一批研究人员一齐上阵，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J-TEXT（Joint-TEXT）。
2006年5月24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。
依托这一装置，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，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。先后承担了国家级重大研究项目数十项，发表SCI论文近200篇。更为重要的是，从一开始团队就以ITER计划中最重要的问题——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 以高水平研究助推人才培养
2016年，还在聚变所任教的胡启明在《核聚变》上发表研究文章，对利用撕裂模控制领域的研究极具指导意义和深远的影响。同年底，该文被选为期刊高亮论文。
胡启明就是“土生土长”的华科大电气人，2009年保送到聚变所攻读博士学位。
刚接触到J-TEXT的相关研究，他也是“两眼一抹黑”。但在导师的指导和课题组师兄师姐的帮助下，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。一方面开阔了眼界，另一方面更是打牢了年轻人的研究基础。”
正是这篇文章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。
无独有偶，如今在加州大学洛杉矶分校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，听说电气学院有相关的研究机构。他就自己跑到聚变所了解情况。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。
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，他关于等离子体内部磁场检测仪器相关的研究走在了业界最前沿，其精度超过了美国麻省理工学院的双色偏振仪，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，为相关装置设计偏振仪诊断。
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。
围绕J-TEXT的研究，华科大、聚变所培养了一批又一批人才，不断提高我国在聚变领域的国际竞争力。国内两大聚变院所——核工业西南物理研究院、中国科学院合肥物质科学研究院陈伟、季小全，亚太物理学会等离子体物理大会“杰出青年科学家奖”获得者王璐，“青年科学家奖（U30）”获得者郭伟欣以及现任ITER工程司副司长武松涛，他们都是我国在该研究领域的佼佼者。
盯需求望前沿 为国际大科学工程写就中国方案
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。
等离子体大破裂对实验装置稳定运行带来的巨大危害，多年来始终困扰着研究者。
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，提出了一种新的思路来解决这一问题。
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，团队验证了新方案的效果。这一研究成果在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。真正投入工作后，程芝峰渐渐放下了悬着的心。早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做报告、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。
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，潘垣团队已经明确了自己的发展方向——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。
中国人升起自己的“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。华科大聚变人在升起这轮全球瞩目“红日”的征程中，还将不断燃烧，释放更多的光与热。 |
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