点燃创新“太阳”聚变产业链

本文转自：解放日报

合肥正集结上游科技攻关、中游装备制造、下游产业应用

点燃创新“太阳”聚变产业链

工作人员正在全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）内进行升级改造，检查高场侧瓦片安装。 视觉中国供图 ■本报记者 朱凌君

在安徽省合肥市西郊的董铺水库上，有一座被称为“科学岛”的内陆小岛。它是中科院合肥物质科学研究院所在地，不足3平方公里的面积，已涌现出一批世界级重大科技成果，先后建设、运行包括全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST，中文名“东方超环”）在内的多个大科学装置。10年间，这座岛牵头承担国家重点研发计划项目45项、国家自然科学基金项目1257项，累计授权发明专利2300余件。

新老“岛民”的传承

EAST是科学岛上当之无愧的“明星”，托卡马克是一种利用磁约束实现可控核聚变的装置，因为原理类似太阳燃烧的机制，因此被称为“人造太阳”。

20世纪中叶，人类开始核聚变能源研究。1973年，中国科学院在科学岛上开启了关于托卡马克的实验。作为较早的一批“岛民”，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记得，当年小岛还很荒凉，核聚变研究落后其他国家至少10年。老一辈科学家带着他们从一台进口实验装置起步，投身建设“中国造”的“人造太阳”。

“对聚变研究来说，我们是有‘传帮带’的。当实验失败时，导师会帮助我们修改实验方案，也会有老一辈的科学家指导我们再去做实验，再不断去总结经验。”王维俊告诉记者。“95后”的他是科学岛最新一批“岛民”。去年，王维俊博士研究生毕业，正式入职等离子体物理研究所，负责的是超导线圈的热处理工艺。王维俊说，他从小在科学岛长大，很小的时候就接触到了“人造太阳”的概念，岛上浓厚的科研氛围埋下了“追逐太阳”的种子。

“每一代人都有每一代人心中的太阳，是需要不断去追寻的。”王维俊说。2006年，EAST建成运行。十多年来，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。2021年，EAST先后成功实现可重复的1.2亿度101秒、1.6亿度20秒、1056秒长脉冲高参数等离子体运行，刷新了多项世界纪录。此外，从2006年起，科学岛代表中国跻身国际热核聚变实验堆计划（ITER计划），在这个由国际七方、30多个国家合作的国际大科学工程计划中，中国负责近10%的科研任务，其中科学岛承担了中方任务的73%。

今年4月12日21时，EAST成功实现403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，再次创造新的世界纪录，引发全球关注。“这次突破的主要意义在于‘高约束模式’。”王维俊解释，高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，这为提升未来聚变电站的发电效率，降低成本奠定了坚实的物理基础。“简单来说，我们探索了一种新模式下聚变反应的可行性，沿着这条路继续探索下去，未来聚变装置的建造成本能大幅降低，聚变电站在商业化方面就可能更具可行性。”王维俊说。

“沿途下蛋”，共建共享

除了EAST以外，科学岛上的稳态强磁场实验装置同样瞩目。2017年9月，稳态强磁场实验装置通过验收并投入使用，到目前已运行超过50万个机时，为国内外170多家科教机构提供了实验条件，支持科研人员在物理、化学、材料、生命、工程技术等领域开展3000多项前沿研究，取得了一系列重要科研突破。

去年，该装置创造场强45.22万高斯的稳态强磁场，超越已保持了23年之久的45万高斯稳态强磁场世界纪录。“45.22万高斯有多强？地球磁场约等于0.5高斯，新纪录相当于地球磁场的90多万倍。”中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心相关负责人表示，就像显微镜放大100倍比放大10倍能看得更清楚，磁场越强，越有助于探明物质的内部结构，这为发现自然规律、研发新型技术提供了更好的条件。

从已建成的EAST、稳态强磁场到建设中的“聚变堆主机关键系统”，再到谋划中的“强光磁”“大气立体观测塔”，科学岛蓝图中的大科学装置将达到5座。对科学岛来说，下一步，实现大科学装置的共建共享是关键。

虽然不同的大科学装置工艺流程不同，但其间存在一些共性的关键技术和核心工艺。通过建立共性技术研发平台，可以促进资源的集约和技术的发展，不同装置的联用，也有助于促进重大成果的产出。2020年，科学岛成立了健康与医学技术研究所，正是多学科交叉融合的产物。中科院合肥物质科学研究院院长刘建国表示，“科学岛”正以大科学装置建设和运行为抓手，推动多学科交叉融合，力争让每个科研单元的科研成果实现自我超越。

大科学装置的共建共享，还推动了产业的孵化。在科学岛，这样的转化被称作“沿途下蛋”。此前，为了促进EAST“沿途下蛋”，围绕EAST和聚变堆主机关键系统综合研究设施，科学岛在大科学装置集中区建立一个全链条聚变产业基地，打造集上游科技攻关、中游装备制造、下游产业应用于一体的聚变产业链。

反过来，“沿途下蛋”反哺当地的产业发展。2021年，安徽中科太赫兹科技有限公司签约落地科学岛所在的合肥市庐阳区。该项目最初是应用于EAST中的主动源太赫兹技术，后被孵化打造成太赫兹激光主动成像安检设备，“精准”成像的精度能达1毫米。此外，在庐阳区大杨镇，中试研发平台“科创加工厂”，正重点围绕动力电池新材料、超导技术及中子技术应用三大领域，承接大科学装置核心技术转移转化；中科院合肥物质科学研究院智能所与庐阳区联合成立中科合肥智能育种加速器创新研究院，将探索突破性种质资源培育和智能育种。