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合肥“人造太阳”:让梦想照进现实
发布时间:2022-01-18  来源:合肥日报  发布开发区:合肥经济技术开发区

  大科学装置,被誉为“国之重器”。对一座城市来说,拥有大科学装置,既是光荣更是责任。目前,合肥已有、在建和预研大科学装置达十余个,布局密度在全国领先。其中,全超导托卡马克、稳态强磁场、同步辐射光源正在运行,创新成果频频闪耀。

  大科学装置,让合肥既有“创新底气”,更显“科里科气”。

  全超导托卡马克是我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置,被形象地称为“人造太阳”。让人津津乐道的是,过去一年,它数次创造等离子体运行世界纪录,是“科创界”的实力派“明星”。不仅如此,在冲击更高实验目标的同时,它还不断“沿途下蛋”,成为科研成果的“催化器”。

  “人造太阳”长什么样?“沿途”又下了哪些“金蛋”?记者近日就此进行走访。

  走进中科院合肥物质科学研究院等离子体所,一个锅炉状的巨大环形装置矗立眼前,其主机高11米、直径8米、重达400吨,这便是“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置,中文名为东方超环,简称EAST。

  十几天前,这里刚刚诞生了一个新的世界纪录。2021年12月30日,EAST实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行。

  “人造太阳”长时间高温等离子体运行,有何意义?

  我们知道,太阳内部无时无刻不在发生着核聚变,为大自然带来光和热。而太阳的光和热来源于氢的两个“同胞兄弟”——氘和氚在聚变成一个氦原子过程中释放出的能量。“人造太阳”的终极目标,是让海水中大量存在的氘在高温条件下像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。

  “千秒量级等离子体运行再次挑战了世界托卡马克纪录,我们全面验证了未来聚变发电的等离子体控制技术,推动其从基础研究向工程应用迈进了一大步。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说。

  每一秒的增长,都具有极高难度,背后是科研人员夜以继日的钻研和呕心沥血的付出。建成十余年来,合计超过万人次的科研工作者,在这个大科学装置上合力冲击“人造太阳”的梦想,先后实现了1兆安、1.6亿度、1056秒的等离子体运行,并通过开放共享的建制化管理模式,全面实现了EAST设计参数指标,在稳态等离子体运行的工程和物理上继续保持国际引领。

  实验装置、实验堆、工程堆是瞄准聚变能商用不可逾越的步骤。EAST装置取得的系列创新成果,为我国自主建造聚变工程实验堆提供了重要的实验基础。

  “核聚变能源具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点,是人类未来最主要的清洁能源之一,可为实现碳达峰碳中和作出重大贡献。”宋云涛表示,EAST大科学团队将在未来聚变堆类似条件下向高参数稳态高约束等离子体运行等科学目标发起冲击。

  依托EAST装置,我国科研人员还参加了目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一——国际热核聚变实验堆计划(ITER)。

  据悉,ITER是全球最大的实验性托卡马克核聚变反应堆装置,凭借出众的技术成就,中科院合肥物质科学研究院等离子体所成为ITER中国工作组的重要单位之一,承担了多个采购包。目前采购包研制进展已处于ITER合作方的前列。

  大科学装置集高精尖技术于一身,其承载的意义早已不止追求科学目标本身。

  EAST装置衍生出一系列重要创新成果,形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块,推动一大批高新技术成果实现转移转化,实现了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。

  质子治疗作为一种新型放疗技术,具有治疗效果好、副作用小、患者恢复快的特点,是国际上先进的新型治疗肿瘤方法。2016年,依托EAST装置技术优势,合肥市与中科院合肥物质科学研究院等离子体所合作,成立合肥中科离子医学技术装备有限公司,开展国产超导回旋质子治疗系统自主研发,推动质子高端医疗装备产业化。

  走进合肥中科离子医学技术装备有限公司,一套专业的肿瘤放射治疗设备映入眼帘。总经理陈永华告诉记者,目前,该治疗系统已完成性能检测,正在进行整机调试,预计一至两年后将开展临床试验。

  “没有EAST装置,这套超导回旋质子治疗系统就很难研制出来。”陈永华介绍说,设备的核心部件——超导回旋加速器,依托的正是EAST提供的超导技术,具有体积小、能耗低、易维护等优势。

  除了技术上的转化,大科学装置还提供了人才支撑。陈永华告诉记者,在超导质子治疗系统的前期研发中,主要科研力量都来自科学岛。

  “依托大科学装置技术,我们还在研制核药诊断加速器、肿瘤诊断药物等产品。”陈永华介绍,等离子体还能治疗皮肤病,有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点,他们研制的皮肤治疗仪正开展临床试验,计划于今年投入市场。

  据介绍,近年来,中科院合肥物质科学研究院等离子体所在建设运行国家大科学装置中储备关键技术,加速推动大科学工程衍生技术落地生根,将超导、磁体、低温等技术应用于高端医疗装备产业。

  40多年来,等离子体所已逐步形成多个产业技术板块,掌握数十项产业应用技术,并推动一大批高新技术成果实现转移转化。截至2021年年底,共孵化成立20余家高新技术企业。

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