2021年5月28日，習近平總書(shū)記在兩院院士大會(huì )上指出，新一代“人造太陽(yáng)”首次放電是我國重大基礎研究取得的重要進(jìn)展?？倳?shū)記在大會(huì )上強調，要更加重視青年人才培養，努力造就一批具有世界影響力的頂尖科技人才，穩定支持一批創(chuàng )新團隊，培養更多高素質(zhì)技術(shù)技能人才、能工巧匠、大國工匠。
4年過(guò)去，這支年輕的團隊，牢記總書(shū)記囑托，逐夢(mèng)核聚變前沿，相繼取得了“等離子體電流突破115萬(wàn)安培”“100萬(wàn)安培等離子體電流下的高約束模式運行”“原子核、電子溫度突破雙億度”等重大科技突破。在取得最新突破之際，記者采訪(fǎng)了這支團隊，解碼這群“追逐太陽(yáng)”的人背后的青春奮斗密碼，見(jiàn)證他們是如何坐著(zhù)“冷板凳”點(diǎn)亮“億度”理想。
堅持用“中國智造”點(diǎn)燃億度高溫
在可控核聚變領(lǐng)域，解鎖“億度”高溫，需要“刀槍棍棒斧鉞鉤叉，十八般武藝樣樣精通”。3月28日，“中國環(huán)流三號”國內首次實(shí)現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”重大突破。與此同時(shí)“爆料”的還有一大批原創(chuàng )性、前沿性、突破性成果：高功率微波回旋管、高功率中性束注入加熱系統投入運行，首次提出并實(shí)現了提高芯部能量約束的新方法，自主研發(fā)的聚變裝置控制系統(CODIS)實(shí)現廣泛運用，國際首套、精準度2倍于國際同行的三光柵精密光譜儀及緊湊型湯姆遜散射多色儀等核心裝備突破聚變大科學(xué)裝置診斷測量的核心技術(shù)難題……但這一大批“中國智造”背后是幾代科研人跨越數十年的“突圍戰”。
2004年，加熱與電流驅動(dòng)負責人白興宇剛來(lái)西物院時(shí)，院里還沒(méi)有中性束和電子回旋加熱，只有一套老式的低雜波加熱系統，“那套系統年紀沒(méi)比我小多少，用的部件都是從國外幾經(jīng)輾轉回來(lái)的不知幾手貨”，白興宇回憶道，“當時(shí)的主流思想還是造不如買(mǎi)”，“但我們就是覺(jué)得得靠自己把加熱系統做出來(lái)”。
2009到2020年，他們先后攻克了電子回旋各種傳輸部件和天線(xiàn)的研制技術(shù)。從2020年開(kāi)始，他們又盯上了高功率微波回旋管，開(kāi)啟了一場(chǎng)以全套電子回旋系統國產(chǎn)化為目標、始料未及的漫長(cháng)“掘進(jìn)”。
微波回旋管最核心的部分是一個(gè)高2米多、重達300余公斤的金屬圓筒，團隊成員習慣稱(chēng)其為“管子”。因為要發(fā)射高功率毫米波，使等離子體中的電子發(fā)生回旋共振吸收能量，將等離子體加熱至億攝氏度量級，所以看似“笨重”的“管子”其實(shí)有著(zhù)極為精密的內部結構，其內部真空度要求優(yōu)于10??Pa量級，如此大尺寸的不同材料，多層復雜高精焊接，對材料、加工和焊接工藝等都有著(zhù)嚴苛的要求。“光物理的分析、研究，我們就花了3年多的時(shí)間”，“怎么保證真空度，從設計到工藝我們更是嘗試了無(wú)數次。”白興宇回憶說(shuō)。
4年多的時(shí)間里，團隊一邊探索，一邊優(yōu)化;一邊制造，一邊迭代設計。推倒重來(lái)成了家常便飯，撞墻碰壁更是數不勝數。從第1個(gè)到第2個(gè)，再到第3、第4個(gè)，“管子”終于出現了有功率的跡象，團隊開(kāi)始了針對第4號“管子”的細心調試。
“當時(shí)真的很疲憊，不光是肉體的疲憊，更是精神上的疲憊”，“那時(shí)候我們真的不知道它行不行，有時(shí)候一兩個(gè)星期沒(méi)有一點(diǎn)進(jìn)展。”白興宇聲音哽咽道。這時(shí)候，中核集團科技帶頭人黃梅起到了定海神針的作用，她頂著(zhù)高溫酷暑，親自帶領(lǐng)團隊進(jìn)行調試。在調試期間，團隊每天都要進(jìn)行數百次“放炮實(shí)驗”，每次數據都要采集，進(jìn)行各參數的反復分析、比對，尋找“看不見(jiàn)”的調整方向。“我們不怕坐冷板凳，我們也不怕996、997，我們只怕看不到希望，尤其還有其他那么多兄弟科室陪著(zhù)我們一起調試，一起干。”說(shuō)出這句話(huà)時(shí)，這位從進(jìn)門(mén)開(kāi)始便一直洋溢著(zhù)爽朗笑聲的男人，眼眶已微紅，眼里是忍不住的淚花。
在經(jīng)歷幾個(gè)月的高壓從20千伏加到40千伏，加到42千伏后打火，然后再退回到30千伏，甚至10千伏重新來(lái)過(guò)。經(jīng)過(guò)這樣的反復嘗試后，團隊終于摸到了4號“管子”能放功率的邊界，“行不行”的問(wèn)題得到了根本解決。
3月28日，這根飽含著(zhù)團隊心血的“中國管”“爭氣管”跟其他3根外購微波回旋管同臺亮相，“中國管”第一次涉足億度高溫這一聚變前沿。而它只是團隊“中國智造”的一個(gè)縮影。
“碰撞”才能碰出“真理”的火花
作為一支年輕的團隊，人造太陽(yáng)團隊是一支“沒(méi)大沒(méi)小”的團隊，他們信奉“碰撞”才能碰出“真理”的火花。
2024年12月初，指揮控制中心的大屏幕前，每個(gè)人的心情都像那屏幕上跳動(dòng)的數字一樣焦灼。“當時(shí)無(wú)論我們怎么調整參數，溫度就是突破不了4000萬(wàn)度。”運行控制負責人李波回憶道，“我們當時(shí)是按照文獻上的思路和國際上其他裝置通用的方法去運行的，可試了幾十上百次，溫度就是上不去。”
作為團隊里的小將，張均釗和他的小伙伴們同樣為這一難題輾轉難眠。團隊的工作群里，滿(mǎn)是大家甩出的文獻、資料。“那天晚上我剛好也沒(méi)睡著(zhù)，我看均釗往群里發(fā)了一個(gè)文獻，還有好幾段幾十秒的長(cháng)語(yǔ)音”，新一代人造太陽(yáng)“駕駛員”陳逸航說(shuō)：“當時(shí)他提出要突破常規運行區間，這確實(shí)給我打開(kāi)了一個(gè)新思路。”當晚，在群里達成簡(jiǎn)單共識后，張均釗第二天就提出了初步方案。很快，這一想法在團隊內部引發(fā)了激烈討論，幾輪“碰撞”后，新的運行方案全新出爐。調整后的放電實(shí)驗，離子溫度不斷上升，從4000萬(wàn)度躍升至6000萬(wàn)度。同時(shí)，團隊還發(fā)現了一個(gè)關(guān)鍵的物理機制——高能中性束穿透過(guò)深導致能量逸散的問(wèn)題。
“我們一直有這樣一種常態(tài)化的討論機制，大家從各個(gè)維度去思考、想辦法，任何一種想法如果要上機做實(shí)驗，你需要去說(shuō)服大家，在團隊中達成共識，但我們對任何想法都是很open的。”李波笑道。
由于實(shí)驗時(shí)間緊迫，這群平常不怎么說(shuō)話(huà)、更不愛(ài)辯論的理工科青年們常常爭論得面紅耳赤。等離子體診斷任務(wù)組成員蔣敏和朱毅仁提出“階梯式匹配加熱”構想;張均釗和他的伙伴們共同設計出多參數協(xié)同調控模型;00后“小將”楊碩蘇緊盯紛雜的光譜曲線(xiàn)解析原子核溫度數據;中性束團隊的羅懷宇創(chuàng )新提出加熱功率的改進(jìn)方案……
正如習近平總書(shū)記所強調的，“要充分激發(fā)新時(shí)代青年在中國式現代化建設中挺膺擔當”，“把培育國家戰略人才力量的政策重心放在青年科技人才上，支持青年人才挑大梁、當主角”。在無(wú)數次大膽的“碰撞”中，這群平均年齡30多歲的科研尖兵，今年用120余天完成了千余次的方案迭代，以無(wú)數次“真理”的火花引燃了中國核聚變“雙億度”高溫，實(shí)現了我國可控核聚變技術(shù)的歷史性跨越。
人造太陽(yáng)團隊的“聚變乘積”原理
衡量核聚變裝置及核聚變研究的水平，主要看三個(gè)參數：等離子體離子的溫度、密度和能量約束時(shí)間。這三項參數的乘積達到一定數值就可以實(shí)現核聚變反應，這就是著(zhù)名的“聚變三乘積”。而新一代人造太陽(yáng)團隊也有著(zhù)他們自己的“聚變乘積”原理。
白興宇回憶“雙破億”當天的情景時(shí)，一個(gè)細節引起記者注意：“您當時(shí)的第一反應為什么是跑出去告訴電機、低溫、水系統的同事們這個(gè)好消息?”“因為他們不在大廳不知道，但是他們也著(zhù)急。”白興宇不假思索道。“大家都是主角，沒(méi)有配角”，這或許就是人造太陽(yáng)團隊的“聚變乘積”原理。
作為“中國環(huán)流三號”激光散射系統研發(fā)團隊的一員，“新時(shí)代青年先鋒”翟文延說(shuō)：“我們是這臺裝置的‘眼睛’，去追尋、辨別億度高溫下裝置內的粒子軌跡;有人是‘心臟’，為裝置點(diǎn)火，持續不斷注入能量;有人是‘皮膚’，構建屏蔽，抵御極限;還有人是‘大腦’，綜合、解析各類(lèi)數據，運籌帷幄，臨場(chǎng)決斷……”也有人是“預備隊”，在沖擊“破億度”的最后階段，低雜波系統團隊全員在控制大廳待命，跳動(dòng)的數字攪動(dòng)著(zhù)他們的心。雖然最終他們并未獲得參與加熱的機會(huì )，但這群年輕人們卻異常開(kāi)心：“沒(méi)什么遺憾，這就是‘飽和式救援’。”
作為一項龐大的系統工程，人造太陽(yáng)的每一次實(shí)驗都是多系統、多專(zhuān)業(yè)、多團隊的協(xié)同作業(yè)，每一次問(wèn)題的解決也都是不同主體、不同方向力的和諧。這一份力的托舉，甚至來(lái)自另一個(gè)世界。
在西物院的檔案室里，珍藏著(zhù)一沓泛黃的鉛筆手稿。這是已故中性束專(zhuān)家曹建勇研究員留下的中性束設計方案。紙頁(yè)上層層疊疊的修改痕跡，仿佛還能看到他熬夜伏案的身影。“我們是踩在他的肩膀上，在他的方案基礎上發(fā)展出了現在的中性束。”白興宇動(dòng)情道。從2022年曹建勇離世到如今的數年間，中性束研發(fā)團隊成功建成投運第二套高功率中性束注入加熱系統，并在短短的半年內實(shí)現單源最大束流40.8A，超過(guò)系統設計目標，推動(dòng)中國在相關(guān)領(lǐng)域躋身國際第一梯隊。
如今，在“中國環(huán)流三號”的未來(lái)藍圖上，人造太陽(yáng)團隊的每個(gè)人都在放大、平衡自己所在的“參數”，協(xié)同相乘，書(shū)寫(xiě)屬于他們的“聚變乘積”奇跡公式。
