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大国重器落户武汉!难度堪比“夸父逐日”,50年深耕不辍,90岁院士再战“世界之巅”

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-11-20 13:55:13

日前,湖北省发改委正式批复了湖北省重大科技基础设施“磁约束氘氘聚变中子源预研装置”项目并立项。该装置将建设于武汉新城光谷科学岛,新建建筑面积3.65万平方米,建设期5年。

据了解,该项目建成后,将为国际热核聚变实验堆计划以及未来聚变堆关键的氚增殖包层和材料研究等提供实验条件。项目将以“开放、共享、共用”的原则面向多用户、多领域开放,促进科学研究和国内外交流的开展,提升我国在聚变新位形领域的原创研究能力、国际影响力与人才培养能力。”

解决:巧妇难为无米之炊

大国重器落户武汉!难度堪比“夸父逐日”,50年深耕不辍,90岁院士再战“世界之巅”

据华中科技大学官网消息:“湖北省发改委正式批复了湖北省重大科技基础设施磁约束氘氘聚变中子源预研装置项目的建设意见书,标志着华中科技大学提出的这一项目正式获批立项,该装置未来将建设于武汉市东湖新技术开发区光谷科学岛。从该项目的设计方案我们不难发现:该项目建成后,预计可获得5亿度的等离子体温度,不仅能够促进世界范围高通量密度聚变中子源从无到有的跨越,更重要的是采用磁能回收系统后,可获得净氘氘聚变能输出,引发能源领域的颠覆性突破,将为世界文明发展作出重要贡献。

俗话说,巧妇难为无米之炊,一所高校的科研平台是学校发展的基石,缺少这些东西,很多科研项目都无法开展,华中科技大学近些年来之所以能够取得众多世界顶尖的原创性成果,与学校拥有完备的科研平台是分不开的。下面我们简单了解下华中科技大学的科研平台数据:

从学校官网我们不难发现,华中科技大学按照“应用领先、基础突破、协调发展”的科技发展方略,构建起了覆盖基础研究层、高新技术研究层、技术开发层三个层次的科技创新体系。学校建有武汉光电国家研究中心、国家脉冲强磁场科学中心、精密重力测量国家重大科技基础设施、国家数字化设计与制造创新中心等“四颗明珠”为代表的一批国家重大科研基地,拥有6个全国重点实验室、2个国家技术创新中心、1个国家产教融合创新平台、7个国家工程(技术)研究中心、1个国家临床医学研究中心、1个国家医学中心、1个集成攻关大平台、1个“一带一路”联合实验室、6个科技部国家国际科技合作基地及一批省部级科研基地。

其中的2个国家技术创新中心——国家智能设计与数控技术创新中心和国家数字建造技术创新中心是目前我国高校界中唯二的两个国家技术创新中心,目前都设立在华中科技大学!

在国家级科研平台方面,华中科技大学是目前我国高校中科研平台最为齐全的高校之一,拥有国家研究中心、国际医学中心、国家科学技术创新中心、国家重大科学基础设施、国家医学中心、国家重点实验室、国家科学技术创新中心、国家临床医学中心以及国家工程技术研究中心等国家级科研平台。就目前来看,学校除了国家实验室目前还没有之外,其他的科研平台都满上了。

难度:堪比“夸父逐日”

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据了解,此次华科大获批的磁约束氘氘聚变中子源预研装置主要基于该校潘垣院士团队提出的原创性方案,是研究聚变能研发中的聚变堆材料等关键科学技术问题的科技基础设施。是对场反位形应用的实验平台,将开展研究等离子体相关技术,确定等离子体磁压缩过程中物理参数与工程参数的关联规律及工程设计定标律。

潘垣,1933年8月出生于湖北宜昌。身为中国工程院院士、华中科技大学教授的他,是我国核聚变电磁工程和大型脉冲电源技术的主要开拓者,脉冲强磁场技术专家,至今活跃在科研一线。他时刻以国家需求为导向,参与主持有“人造太阳”之称的“中国环流器一号”研制建造,力求从根本上解决人类能源问题,曾获国家科学技术进步奖一等奖等诸多奖项。

如果问,这世界上最难的科学研究是什么?在潘垣眼中,毫无疑问是磁约束核聚变,也就是“人造太阳”。他参与的“中国环流器一号”工程,是起步于上世纪70年代的我国磁约束聚变领域首个大科学工程,目的是在地球上模拟太阳的核聚变产生原理,制造一种科学装置,从而解决人类终极能源的问题。这个听起来有些“科幻”的课题,潘垣研究了五十多年,目前仍在继续。

潘垣表示:“人类的进步是伴随着能源的发展而逐渐发展进步的。这是我的第一个也是中国第一个磁约束核聚变大科学工程,我一生中感到很幸福的事情,就是“中国环流器一号”。而我拿到院士称号也是靠磁约束核聚变,这项目还在研究中,是当今世界上最难的科学研究。”

到底有多难呢?潘垣解释,太阳核聚变的发生离不开巨大的太阳引力,高温高压条件下,充斥在太阳内部的氢原子核外电子摆脱束缚,其中两个原子核互相吸引、碰撞,进而发生聚变反应。但毕竟,地球的引力仅仅是太阳的三十三万分之一。要在地球上将超高温等离子体约束起来,实现可控核聚变,难度堪比“夸父逐日”。

90岁:再战“世界之巅”

大国重器落户武汉!难度堪比“夸父逐日”,50年深耕不辍,90岁院士再战“世界之巅”

在华中科技大学电气与电子工程学院聚变与等离子体研究所,副所长陈忠勇介绍项目最新进展。他说:“装置处于准备实验的阶段,主要任务就是做破裂预测、破裂避免、破裂缓解和软着陆。”

从1998年进入华中科技大学任教,至今已有25个春秋,潘垣的学生和学生的学生,如今都已逐渐独当一面。每天来实验室里看一看学生们的工作进展,成为他的日常。聚变与等离子体研究所副所长王之江说,虽然先生年事已高,不再进行一线教学,但是由他主持或提出的科研项目一个接着一个。

王之江表示:“潘老师对知识有很强的渴望,精力旺盛,特别是每当听到最新的科技进展,他会不由自主地集中注意力、挺直腰,聚精会神地听每一篇报告。潘老师具有强烈的爱国精神和奉献精神,美国、欧洲很多著名的实验室,他都去过,他经常说,我解决了很多“洋人”没有解决的问题,鼓励大家自信,不要觉得自己不如别人。他有很强的创新意愿,某种意义上是需要勇气的,很多人会觉得已经功成名就,不再往前走了,但是潘院士不是这样,他觉得必须再往前走一下,有新方案一定要提出来。”

正如王之江所说,潘垣的关注点从来都是瞄准国家所需,目标锁定人无我有、人有我强。2001年,潘垣就提出尽快建设中国脉冲强磁场实验装置,这后来成为“十一五”期间我国建设的12项重大科技基础设施之一,相关工程如今也正在推进。说起具体应用方向,潘垣和自己的学生、脉冲强磁场中心常务副主任韩小涛非常自豪。

潘垣说:“比如,解决高温超导的机理,甚至室温超导,就很了不起,所有的输电线路都没有电阻,经济性就上去了。比如,要研究第三代半导体,这是美国人卡我们的,这种半导体电压可以很高,能达到上万伏。还有就是大功率太赫兹。”当然,在所有成果中,最让潘垣牵挂的,还是“人造太阳”与终极能源。他说,这回咱们终于可以丢掉国外技术的“拐杖”了。

潘垣解释:“这个办法在国际上没有,叫做“磁约束氘氘聚变中子源”,装置的等离子体密度要比托卡马克高出百倍,温度也比托卡马克高出5倍,这些都是创世界纪录的。我今年已经90岁了,这是我的收官之作。过去中国还在跟世界潮流,现在从原理到技术,这个项目是我们中国人的自主创新,而且对于人类来说是几乎无限的能源,我有充分信心。燃烧等离子体,一定能攻克。”