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中国工程院院士潘垣：矢志造“太阳”的“90后”

中国科学报记者 李思辉 通讯员 沈科

如果要问世界上最难的科学研究是什么，不同的科学家可能会给出不同的答案。近日，《中国科学报》记者带着这个问题来到华中科技大学，采访了中国工程院院士、该校教授潘垣。他的回答是磁约束核聚变，也就是“人造太阳”。对于如何让这一“科幻”内容照进现实，他探索了很多年。

追逐“人造太阳”

潘垣今年已经90岁了。他告诉记者，在自己的所有科研成果中，最令他骄傲也最让他牵挂的，就是“人造太阳”。

“为什么叫‘人造太阳’？因为它的目标就是能源。核聚变能源就是要把氢弹控制起来，让它慢慢地释放能量。”潘垣说。

那么，这项工程到底有多难？

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，地球引力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”。

潘垣。湖北省科技厅供图

早在1984年，潘垣便参与并完成了中国第一座“人造太阳”装置——中国环流器一号。

建造中国环流器一号之初，参考材料极为缺乏，工程设计人员手里仅有介绍苏联相关装置概况的4页文章。至于装置的每一个部件具体该怎样设计，需要自己摸索琢磨。

“主接线图、控制系统的逻辑图都是我自己画的，那时候年轻，能画到晚上12点。装置很复杂，超高真空、外通电源好几套，一边画一边思考、讨论，反复修改，装置的尺寸配合总体是稳定的。”潘垣回忆道。

此外，还需要解决设备来源问题。潘垣与外部工厂合作，进行了大量的设备研发。其中最令他自豪的是其主持研发的两台交流脉冲发电机，这为中国核聚变领域的发展提供了强大动力。这两台80兆瓦的脉冲发电机是当时中国发电机容量最大的，至今仍在使用。

潘垣和团队克服万难，终于在1984年9月21日成功研制出中国环流器一号装置。它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入规模物理实验阶段，为中国核聚变研究和发展提供了重要的实验平台，成为中国受控核聚变研究发展的一个里程碑。

中国环流器一号研制成功后，核聚变的相关研究一直都是潘垣的核心工作。2016年，潘垣又将聚变材料锁定为氘元素，在国际上首创技术路径——氘氘聚变。

去年11月，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”项目获批，在武汉新城光谷科学岛启动建设。潘垣和他的学生将围绕项目建设继续探索。

探索终极能源

潘垣一直瞄准国家所需，将目标锁定在人无我有、人有我强、人强我新。

除了核聚变能源，潘垣还致力于中国脉冲强磁场实验装置的建设。20世纪末，潘垣敏锐地注意到，自20世纪80年代发现高温超导以来，欧、美相继建设了脉冲强磁场实验室。他随即于2001年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。

为推进工程，潘垣带领团队提出双电容器耦合动态调控方案，解决了脉冲平顶磁场生成过程中的一些技术难题，使得我国在脉冲强磁场技术方面走在了世界前列。

截至2022年底，该设施已累计运行超过7万小时，为北京大学、清华大学、中国科学院物理研究所等119家国内外科研单位提供科学研究服务1677项，在《自然》《科学》《物理评论快报》等期刊发表论文1385篇，取得了包括发现第三种规律新型量子振荡等在内的一大批原创成果。

潘垣善于从国家发展的脉络里，找寻自己的专业背景能够解决的难题。比如，针对京津冀雾霾问题，他提出建设柔性直流电网，为2022年冬奥会的成功举办提供了优质环境保障；针对南方电网用电负荷大的问题，他创新性研发世界首台50万伏机械型直流断路器，避免电网基础设施的损失……

眼下，潘垣团队正在瞬间升温和能源回收方向进行多类型实验，朝着终极能源的方向不断探索。潘垣说，这是他的收官之作，也是世界上最困难的科研工作。他可能看不到自己的收官之作在国际舞台大放异彩的那天了，但只要中国人未来能借此站上相关研究的世界之巅，他就高兴。