能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。化石能源帶來社會經濟發展的同時,也造成了巨大的環境污染,發展環境友好型的新能源是國際科學界的共同夢想。核聚變研究正在醞釀著一場新的能源革命。
在探索戰略新能源——受控熱核聚變能的過程中,中科院合肥研究院等離子體所自1978年建所以來,先后建造了中小型托卡馬克ht-6b和ht-6m,以及超導托卡馬克合肥超環(ht-7)和全超導托卡馬克東方超環(east),為世界聚變科技發展作出了重大創新貢獻。
自主創新,飛躍發展
上世紀90年代初,等離子體所從前蘇聯引進世界第一個部分超導工程裝置托卡馬克t7,并通過自主設計,將一個原本不具備物理實驗功能的裝置成功地改造成能夠開展穩態高參數實驗的中國第一、世界第四個超導托卡馬克裝置。通過20多年的努力,實現了400秒、電子溫度超過1000萬攝氏度的等離子體放電,創造了世界上最長的限制器位型的長脈沖高溫等離子體放電記錄。
通過ht-7的建設,等離子體所鍛煉了一支精兵強將,自力更生、自主創新,通過10年努力,自主發展了68項關鍵技術,于2006年成功建成、運行了east裝置,使我國成為世界上第一個掌握新一代先進全超導托卡馬克技術的國家,為我國乃至世界搭建了一個全新的核聚變研究實驗平臺。
圍繞east的科學目標,自2007年以來,等離子體所自主設計和研制了16個具有國際先進水平的實驗系統,已將east裝置打造成未來10年國際上唯一的能夠為國際熱核聚變實驗堆計劃(iter)提供400秒高性能的研究平臺。
針對未來iter 400秒高參數運行的關鍵科學技術問題,2012年等離子體所在east上成功實現了411秒、中心等離子體密度大于2×1019m-3、中心電子溫度大于2000萬攝氏度的高溫等離子體,遠超歐盟和日本最長60秒的高參數偏濾器等離子體。
近年來,大量自行設計研制的新輔助系統已逐步安裝到east上,包括世界上首個6mw 、4.6ghz穩態低雜波系統,全方位的等離子體診斷系統等。在2014年的新一輪實驗中,升級改造后的east能力將繼續提升。
中國平臺,貢獻突出
iter是我國參加最大的國際合作項目,等離子體所作為國內主要的iter合作方,自2004年以來,為iter發展作出了突出貢獻。他們推翻了原國際熱核試驗堆iter電源的不合理設計,實現了系列設計和制造技術的突破;他們自行設計研制的高溫超導大電流引線成為參與iter七方中首個通過測試驗收的iter原型件。中國iter采購包的研制進展已然躍居iter七方的前列。
“未來,east的科研產出將讓iter及廣大國際聚變科學和技術界受益。”2013年9月,17位國家著名核聚變專家組成的east第五次國際顧問委員會在評估中說。
美國能源部將east作為未來美國磁約束聚變的首選合作裝置,核聚變已成為中美雙方在物理學與物質科學領域內僅次于高能物理的第二大合作領域;歐盟也將原來單一研究所的合作模式變成全面有計劃地與east開展合作;中日韓在各自國家基金委的支持下,開展為期5年的超導聚變裝置的研究計劃。
east作為世界上開展穩態近堆芯聚變物理和工程研究的實驗平臺,每年接待來華參與科學實驗的美國、日本、法國等國外科學家已經超過100人。
未來等離子體所將繼續瞄準世界核聚變科學前沿和國家對戰略能源需求,積極開展我國下一代超導聚變堆(cfetr)的設計和相關預研。等離子體所將通過不懈努力使中國成為國際核聚變領域中不可或缺的先進磁約束核聚變研究基地。