人造太阳 托克马克

我们人类的自然能源,大约还能用两三百年,即使是核能也是数百年的时间。我觉得能源危机带来一个很大的问题,不光是能源本身,还有雾霾,就是环境的变化,那么未来一定要有更好的清洁能源。科学家做了大量的研究,一种方法是可再生,就像太阳能、风能,但是它们有一个缺点就是不是你想要多少就能来多少,没有太阳就没有太阳能,没有风就没有风能,所以人类未来最终的解决途径就是核聚变,太阳就是一个巨大的聚变体,几十亿年为人类提供了光、热。那么我们怎么才能实现可控的聚变呢?科学家想了很多种方法,希望在地球上实现“人造太阳”这一梦想。
如果这个愿望成真,那么我们从海水里提取一杯氘,它就可以产出三百公升汽油这么大的能量。而且聚变非常干净,因为聚变就是把两个氢核放在一起,当温度到了上亿度以后,它们就会聚合在一起,出来的一个是能量,一个是氦,氦是清洁的。在过去的几年中,我们就开始了中国“人造太阳”之梦,大家可以看一看,这个堆叫中国工程聚变热核实验堆,是我本人设计的。这个装置的托卡马克就放在那个主机里面,在红色的主机的中间,周边是发电的功能。这一个装置代表着中华民族腾飞和人类实现聚变的梦想,像一个展翅的大鹏。这就是一个完整的托卡马克“人造太阳”装置,我们做了30年。

 

为什么我去做这件事?我是1982年大学毕业,在大学里学习很好,高一就上大学,二十岁大学毕业。我有个习惯就是每个礼拜五的下午到图书馆看书,那时候还没有网络。有一天我找到了一个小册子,就讲托卡马克,总共就12页。我当年在上学的时候,王元院士到我们学校去上课,就说看书要从薄到厚,从厚到薄,这是你们大学里都要做的一件事情。这个小册子我看了三遍,从薄到厚,从厚到薄,就是看不懂,不知道什么是托卡马克,我就问老师,老师说这是个好东西,有可能在未来的30年左右发电。我就励志去做这件事情,所以我就考了研究生,考到了我们这个科学岛上。那是一个很漂亮的岛,在一个人造湖的中间。去学了以后我就发现,非常非常复杂,每天都有新东西,越学越觉得很有味道。我觉得这应该是我做的一件事情,觉得自己很幸运。聚变是人类的梦想,国家的需求和我作为科学家的兴趣,这些有机地结合在了一起。所以这件事情,我一直做了34年,现在还在做。

 

我相信你们在座的各位可能也不知道什么是托卡马克。大家都知道核聚变就是氢弹,实现氢弹也不是非常容易的,它的条件是要实现上亿度。我们有什么办法能够盛装一团上亿度的火球呢?如果我们可以用磁场把这一团火球悬浮起来,那么这时候就有可能继续给它加热,苏联人把这种方法叫做托卡马克。大家看过《钢铁侠》吧,《钢铁侠》里面就有一个这样的装置,中间的这个球不是用有形的东西做的,而是用磁场把它做起来,那些发光的东西就能够把它悬浮起来。温度再高,只要通过悬浮,不碰到材料,那么就不会被烧化。这个时候我们就不断地再给它加热,等达到了上亿度以后它就产生能量。这就是磁约束,这个磁场,这个环境,就叫托卡马克。

 

从1958年以后,全世界都在做托卡马克。苏联人在70年代末做了一个叫T7的半超导托卡马克,90年代初,他们要做一个更先进的作为第二代,他们希望把第一代装置送到其他国家。我们的前所长是霍裕平院士,他一听到这个消息,立刻就说中国做聚变,不是为了科学家写几个报告,中国做聚变是为了真正解决我们一百年、两百年后的能源问题,所以我们一定要做超导。他很快就跟卡达姆柴夫联系上了,就是俄罗斯的一个科学院的院士。霍老师就提出来用生活用品、羽绒服、牛仔裤、瓷器,大约四百万人民币去跟他换。再加上一起聊天的过程中,喝点伏特加,大家情绪都很高,很快就达成了协议,对方愿意把价值1800万卢布的第一个托卡马克送给我们中国。

 

因为科学无国界,我们想去做这件事情,就一定要站在巨人的肩膀上。大家可以看到这个装置,在运之前,我们把它所有的部件都拆了下来。为了做这件事情,我们所长用了我们全所上下两年的工资,总共有四百万,我们就勒紧裤腰带。做聚变这件事,一个人是不行的,一定需要一个团队。我们这个合肥超环做成了以后拍了一张照片,你们能找到我在哪儿吗?中间的那个站在猴山上的,唯一穿西服的就是我。我一直说一点,这个团队要相互支持,相护帮助,最重要的一件事情还要相互欣赏,你看到一个人都不喜欢他,都不欣赏他,在一起合作,这是不可能的事情。

 

经过三年半的时间,我们终于建成了这么一个装置,我们在上面做了很多很多的实验。应该说比苏联科学家做得要好很多。苏联科学家当时只是验证低温工程跟托卡马克是能够用的,所以它只有一秒钟的时间,大约一千万度。我们在这个装置上最高的温度做到了五千万度几秒钟,然后在一千两百万度的情况下,时间达到了最长的四百秒钟,比法国人做得还好。

 

但是这还远远不够,我刚才说要真的实现聚变的话要到上亿度,需要更长的时间,必须做新一代的全超导托卡马克。2006年的时候,我们第一次建成了一个全超导托卡马克,里面有很多艰辛,有些关键的部件当时是进口俄罗斯的,坏了以后我们自己也不会修,所以要请俄罗斯专家来修。一修的话就有很多困难,我记得有一次,专家来了以后,一下飞机,大约在下午5点半的时候,我们把他接到现场,但是他非常不情愿,他说:“我饿了,”我说:“行,我请你吃饭。”请吃饭后他又说:“我要喝伏特加,”“行”,我说。我也不太擅长喝伏特加,就陪他喝了。喝完伏特加以后,他还说不行,他说:“我已经坐了十几个小时的飞机,很辛苦,我要去睡觉。”然后我们几百人就眼睁睁地看着他吃饱了又去睡觉,我们就在那等。所以从那时起,我们这些人的心里就在想关键技术部分一定要百分之百国产化,最关键的部件我们一定要自己做。

 

我们做了很多很多研究,比如说用什么方法加热到上亿度,大家都知道加热最方便的方法是微波炉,把饭放进微波炉一分钟就热了。这是全世界最大的微波炉,是我们自己做的,整个加在一起有六个兆瓦,六个兆瓦是什么概念?比平常家里五百瓦到六百瓦的微波炉大一万倍以上。用它连续不断地对这一团火球进行加热,加到上亿度,去年的时候我们就做成了。这个装置我们团队花了将近十五年的心血做到现在,我很自豪地告诉你们,在这个装置的周边,几乎每一个部件都是我们自己做的。

 

有了这个东西我们就开始一步一步地,从几秒钟到十几秒钟到几百秒钟。我们在上个月做到了一百秒钟五千万度这么一个参数,五千万度什么概念?比太阳心部的温度还要高三倍。我跟你们说这些东西的时候,实际上背后藏着很多的艰辛。我这一辈子,大约做了将近二十万次人造太阳的实验,有将近四万次失败了。失败是什么结果?东西烧坏,打得火星四冒,就像烟花一样。正是因为这一次次的失败才铸造了我们一步一步地往前走,这是一个非常漫长的过程。尽管一百秒离一千秒钟,离一万秒钟的距离还很大,但是我们一直要做。

 

正是由于聚变这件事情的重要性,所以全世界也都在做,不光是中国人,从1985年开始就在想做这件事。全世界七方联合起来,欧盟二十七个国家算一方,第二方是日本,第三方是俄罗斯,第四方是美国,第五方是中国,第六方是韩国,最后印度也加入了进来,建造的这个托卡马克,我们叫国际热核聚变实验堆。我想说一个小故事,谈判的时候,有很多厂址,就像奥运会一样。日本人希望拉动我们去支持他,把厂址选在日本,为此来了很多很多代表团。第一次来的时候说,如果你支持我们的话,那么我们可以给你百分之十的高层位置,我们说不行,我们依赖于科学,不依赖于位置。第二次又来了,说你们所有到我们这个地方的房租我们全免费,而且给你们的太太免费找工作。大家知道日本妇女一般是没有工作的,但是他们知道中国的女同志是有工作的,我们还是说不行。第三次说,你们只要同意,我们可以给你百分之十的回扣,就是再给你百分之十的东西让你们去做。最后我们一共列出来了十六项技术指标,三项日本是不占优的,第一件事就是地震,厂址那地方有大量的地震;第二有美军基地,旁边美军基地的导弹经常误发在周边;第三没有技术指标,他们也是哑口无言,最后我们一致同意选择在法国。我说这个故事为什么呢?就是科学家做事情,一定要在国家需要你的时候,勇敢地站出来,为国家担当。

 

讲了那么多,也不知道大家听懂了没有,但是有一点,我觉得聚变是一个值得我们再奋斗很长时间的东西。我已经做了三十四年,很多人说可能还需要五十年,还需要一百年。我觉得这都没有关系,我长期以来有这么一个梦想,就是在我的有生之年,有一盏灯泡能被聚变之能所点亮,这一盏灯泡一定要也只能在中国。

 

谢谢大家。

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