潘垣：貢獻世界核聚變領域“中國方案”

尹璇 趙雯

潘垣，1933年8月生，湖北宜昌人，中共黨員。中國工程院院士、華中科技大學教授、博士生導師，磁約束聚變技術(shù)、高功率脈沖電源技術(shù)專家，國際熱核實驗反應堆ITER中國專家委員會科學顧問、國家重大專項〈慣約〉專家委員會委員。獲得國家科學技術(shù)進步獎一等獎2項。他是中國最早從事核聚變研究的主要成員之一，中國核聚變電磁工程和大型脈沖電源技術(shù)的主要開拓者。負責研制“小龍Ⅱ”和“凌云”核聚變等離子體實驗研究裝置;參與主持“中國環(huán)流器一號”的研制建造，解決了許多重大技術(shù)難題;負責完成了托卡馬克HT-6M的脈沖電源與控制系統(tǒng)的升級改造。

“人造太陽”是可控核聚變反應裝置的俗稱。1984年9月21日，由我國自行設計和研制的最大受控核聚變實驗裝置“中國環(huán)流器一號（HL-1）”，在四川樂山近郊的核聚變實驗基地成功建成啟動。從此，世界核聚變研究領域真正第一次出現(xiàn)“中國”的名字。這離不開無數(shù)科研人員的心血與汗水，中國工程院院士、磁約束聚變技術(shù)和高功率脈沖電源技術(shù)專家潘垣就是其中之一。

潘垣是中國最早一批從事核聚變研究的科研人員之一，中國核聚變電磁工程和大型脈沖電源技術(shù)的主要開拓者。

中國首項

重大科技基礎設施建成

1951年，潘垣考取了武漢大學電機系。當時武漢大學聚集了一批優(yōu)秀的理工教師，為潘垣打下了良好的數(shù)理基礎。1953年因院系調(diào)整轉(zhuǎn)入華中工學院。1955年，大學畢業(yè)后他被分配到武漢電管局中心試驗所工作，1年后任高壓組組長，負責建設高壓實驗室。

1958年，潘垣選調(diào)進入二機部401所（原子能研究所），開啟了我國磁約束核聚變的科學研究，也迎來了他人生的重大轉(zhuǎn)折。在401所14室，潘垣先后主持了小型核聚變裝置“小龍Ⅱ”“凌云”等設計研制。1969年，401所14室與503所合并組建為585所（磁約束核聚變研究所）。

1984年，潘垣參與主持的我國第一項重大科技基礎設施中型托卡馬克實驗裝置——“中國環(huán)流器一號（HL-1）”建成。

早在1969年，潘垣調(diào)研發(fā)現(xiàn)，自1968年國際聚變大會報道了蘇聯(lián)T-3托卡馬克的突出實驗結(jié)果后，美國等西方大國立即作出調(diào)整，轉(zhuǎn)向托卡馬克，很快成為聚變研究的主流。于是，1970年，他提出盡快調(diào)整方向，轉(zhuǎn)向托卡馬克。在585所黨委領導下，經(jīng)過兩次“會戰(zhàn)”，于1970年底向二機部黨組匯報并得到批準后，由潘垣主講，向國防科委做正式匯報。1972年國家計委正式批準下達總投資6500萬元，代號451工程，意即“第4個5年計劃第1號工程”。

“中國環(huán)流器一號（HL-1）”建造工程啟動之初，參考材料極為缺乏，工程設計人員手里僅有介紹蘇聯(lián)相關(guān)裝置概況的4頁文章。至于裝置的每一個部件具體該怎樣設計，則需要自己摸索琢磨。

經(jīng)歷十多年的艱苦攻關(guān)，他們成功研制了“中國環(huán)流器一號（HL-1）”。在設備的研制階段，潘垣還主持研制成功2臺中國容量最大的交流脈沖發(fā)電機組，并一直應用至今。

“中國環(huán)流器一號（HL-1）”取得了多項科研成果，并獲國家科學技術(shù)進步獎一等獎，為中國受控核聚變的研究和發(fā)展提供了重要的實驗平臺。它標志著我國受控核聚變研究由原理探索進入到規(guī)模物理實驗階段，使我國成為除美國、蘇聯(lián)、日本和西歐外，自主研制成功中型托卡馬克核聚變研究裝置的國家。潘垣正是憑借這項巨大貢獻，成功當選中國工程院院士。

1983年10月，潘垣進入中國科學院等離子體物理研究所，繼續(xù)從事核聚變研究，負責完成代號HT-6M托卡馬克（其規(guī)模僅次于585所的HL-1）升級改造。

1998年10月，潘垣進入華中理工大學（現(xiàn)為華中科技大學）。在科技部領導下，作為我國核聚變專家組和專家委員會成員，參與論證并成功實現(xiàn)我國參加當代最大的國際合作大科學工程——國際熱核實驗反應堆（ITER）計劃。隨后，充分借助中美磁約束聚變合作計劃，成功將美國的TEXT-U主機與電源搬遷到我國，經(jīng)過改進與充實，重建于華中科技大學，并命名為J-TEXT，成為教育部磁約束聚變與等離子體國際合作聯(lián)合實驗室?；谠撗b置，針對ITER最突出的科技問題——等離子體大破裂，開展了十幾年的理論與實驗研究，取得的成果已被ITER顧問專家委員會選定為ITER的4臺預實驗裝置之一。

從無到有

國家脈沖強磁場科學中心

上世紀末，潘垣敏銳地注意到，自20世紀80年代發(fā)現(xiàn)高溫超導以來，歐美相繼建設了脈沖強磁場實驗室。他隨即于2001年提出應盡快建設中國脈沖強磁場實驗裝置。得到學校領導支持后，他立即組織隊伍，依托J-TEXT大型脈沖發(fā)電機組和由他開啟的脈沖功率技術(shù)，正式申報“十一五”國家重大科技基礎設施建設計劃，并順利通過專家評審。2007年正式啟動建設，2013年實驗室建成，2014年順利通過國家驗收，建成了教育部部屬高校和湖北省首個國家重大科技基礎設施——武漢國家脈沖強磁場科學中心。

至今，脈沖強磁場實驗裝置已累計開放運行超過6萬小時，為北京大學、清華大學、中科院物理所、美國哈佛大學、英國劍橋大學等103家國內(nèi)外科研機構(gòu)開展科學研究1389項，在高溫超導、拓撲半金屬、分子磁體、石墨烯等前沿研究領域取得豐碩成果，在Science、Nature子刊、PRL、JACS等高水平期刊發(fā)表SCI收錄論文1190篇，有效推動了我國基礎前沿學科的發(fā)展。

2019年，脈沖強磁場實驗裝置獲國家科學技術(shù)進步獎一等獎。2021年，脈沖強磁場優(yōu)化提升項目（二期工程），經(jīng)多輪專家評審，已獲批納入“十四五”國家重大科技基礎設施建設計劃。

自主創(chuàng)新

柔性直流電網(wǎng)工程

早在中科院等離子體物理所工作時，潘垣就研制出針對大型發(fā)電機內(nèi)部事故的氧化鋅非線性電阻快速滅磁保護技術(shù)，并成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣。

近年，針對京津冀地區(qū)嚴重霧霾問題，他提出通過建設柔性直流電網(wǎng)，解決大規(guī)模風電并網(wǎng)問題，進而實現(xiàn)以電代煤、以電代油?！半姀娜A北風場來”的技術(shù)方案上呈習近平總書記，獲得了習近平總書記批示。在國家能源局領導下，由國家電網(wǎng)公司負責，順利建成了張北柔性直流電網(wǎng)國家示范工程，從而為2022年冬奧會的舉辦，提供了優(yōu)質(zhì)環(huán)境保障。同時，他還與上海思源電氣合作研制出世界首臺50萬伏機械型直流斷路器，指導團隊研制出全球開斷容量最大的高壓、超高壓交流斷路器和交流限流器。

數(shù)十年來，潘垣從未停止科研腳步，他始終瞄準國家需求和國際前沿課題，積極參與國際大科學工程，貢獻“中國方案”。