中國高校的一次“夸父逐日”

大地被清新的綠意覆蓋，天空中是呈樹狀延伸的恢宏城市，數(shù)不清的飛行交通工具穿梭于城市之間；地球成了人類的理想樂土，饑餓被消滅，戰(zhàn)爭不復存在，人類將視線投向了太空；蒼穹的盡頭，無數(shù)龐大的戰(zhàn)艦正在宇宙中巡航，人類的足跡早已踏遍太陽系的每一個角落……

這是劉慈欣在其科幻小說《三體II：黑暗森林》中描繪的未來圖景。在小說中，那個尖端物理科技依舊被“智子”封鎖的年代，人類依靠某項“永動機”般的技術，實現(xiàn)了不可思議的蛻變。

這項技術，名為可控核聚變。

·知識鏈接·

從“0”到“1”，中國的“人造太陽”之路

早在1955年，“兩彈一星”功勛獎章獲得者錢三強和核物理學家李正武等科學家便提議開展中國的“可控熱核反應”研究，這與國際社會關注核聚變幾乎同步。

1965年，在四川省樂山市郊區(qū)，我國建起了當時國內最大的核聚變研究基地——西南物理研究所，這也是中核集團核工業(yè)西南物理研究院（以下簡稱“核西物院”）的前身。

1984年，中國環(huán)流器一號實驗裝置建成運行，標志著我國可控核聚變研究進入世界前沿；2002年，核西物院建成中國環(huán)流器二號A裝置，它是中國第一個具有偏濾器位形的大型托卡馬克裝置，等離子體的電子溫度達到5500萬攝氏度；2020年，中國新一代“人造太陽”——中國環(huán)流器三號正式建成并實現(xiàn)首次放電，其等離子體電流可達300萬安培（3兆安），等離子體的離子溫度達到1.5億攝氏度，性能位居世界第一方陣。2022年，核西物院傳出消息，全球最大的“人造太陽”核心部件國際熱核聚變實驗堆（ITER）增強熱負荷第一壁完成首件制造，這標志著我國全面突破ITER增強熱負荷第一壁關鍵技術……

現(xiàn)實中，可控核聚變技術也是人類追求的目標之一，全球有多個核聚變實驗項目正在進行中。中國作為核聚變領域的重要參與者和貢獻者，也自主設計建造了多個托卡馬克裝置，其中最先進的一個是全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）。

而人工可控核聚變設備，也被稱作“人造太陽”，之所以將其稱為“人造太陽”，一方面是因為核聚變的原理和太陽內部的情況極為相似：在高溫之下，氘和氚反應產生氦和中子，并釋放出大量能量；另一方面是因為太陽是地球上幾乎所有能源的直接或間接來源，“人造太陽”代表著人類將從更多維度上獲取能源。

大道至簡，然而再造一個“太陽”，難度堪比“夸父逐日”。

我國能在該領域不斷取得成績，國內部分高校在其中發(fā)揮了重要作用。

華中科技大學

明德厚學，求是創(chuàng)新

追逐“人造太陽”

如果有人問世界上最難的科學研究是什么，那中國工程院院士、華中科技大學電氣與電子工程學院教授潘垣的回答，毫無疑問會是磁約束核聚變。如何將這一“科幻”照進現(xiàn)實，多年來他一直在探索。

1984年，潘垣教授參與主持建成了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。

建造中國環(huán)流器一號時，所需的參考材料極為缺乏，工程設計人員手里僅有4頁介紹蘇聯(lián)相關裝置概況的文章，至于裝置的每一個部件具體該怎樣設計，需要自己去摸索琢磨。“主接線圖、控制系統(tǒng)的邏輯圖都是我自己畫的，那時候年輕，晚上一搞就搞到12點，甚至更晚。此外，裝置很復雜，我們只能一邊畫一邊思考、討論，反復修改?！迸嗽淌诨貞浀馈?/p>

此外，潘垣教授還與外部的工廠合作，進行了大量的設備研發(fā)。其中最令他自豪的是其主持研發(fā)的兩臺交流脈沖發(fā)電機，這兩臺80兆瓦的交流脈沖發(fā)電機是當時中國容量最大的發(fā)電機，為中國核聚變的發(fā)展提供了強大的動力，至今仍在使用。

終于，在不斷的努力下，1984年9月21日，中國環(huán)流器一號實驗裝置研制成功。它標志著我國受控核聚變研究由原理探索進入規(guī)模物理實驗階段，為我國受控核聚變的研究和發(fā)展提供了重要的實驗平臺，成為我國受控核聚變研究和發(fā)展的一個里程碑。

中國環(huán)流器一號研制成功后，核聚變的相關研究便一直是潘垣教授的核心工作。2016年，潘垣教授又將聚變材料鎖定為氘元素，在國際上首創(chuàng)提出了新的技術路徑——氘氘聚變。

從2002年起，潘垣教授全程參與了ITER計劃在我國的立項論證工作。ITER計劃，全稱國際熱核聚變實驗堆計劃，倡議于1985年，并于1988年開始進行實驗堆的研究設計工作，是全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。

作為我國參與ITER計劃的發(fā)起人之一和首批國內ITER專家委員會五名成員之一，潘垣教授前瞻性地引進和建設了我國高校唯一的J-TEXT聚變實驗裝置。該裝置被ITER國際科技顧問委員會列為散裂彈丸破裂緩解研究四大裝置之一（其他三臺為美國的DⅢ-D裝置、歐盟的JET裝置和韓國的KSTAR裝置）。

依托J-TEXT聚變實驗裝置，潘垣教授帶領團隊針對ITER計劃中最突出的科技問題——“等離子體大破裂的抑制與保護”，開展了十幾年的理論與實驗研究。當前，潘垣教授和團隊已成為ITER計劃中不可或缺的中國力量。

牽頭建設大科學裝置

據華中科技大學官網消息：湖北省發(fā)改委正式批復了湖北省重大科技基礎設施磁約束氘氘聚變中子源預研裝置項目的建設意見書，這標志著華中科技大學提出的這一項目正式獲批立項。

此次獲批的磁約束氘氘聚變中子源預研裝置，由華中科技大學牽頭，主要基于華中科技大學潘垣院士團隊提出的原創(chuàng)性方案，是研究聚變能研發(fā)中的聚變堆材料等關鍵科學技術問題的科技基礎設施。

“該裝置的等離子體密度要比托卡馬克的等離子體密度高出百倍，溫度也比托卡馬克的溫度高出5倍，這些都是創(chuàng)世界紀錄的。我今年已經90歲了，這是我的收官之作。過去中國還在跟隨世界潮流，現(xiàn)在這個項目，從原理到技術都是我們中國人自主創(chuàng)新的。我有充足的信心，我們一定能攻克‘燃燒等離子體’?！?2023年，90歲高齡的潘垣院士說。

該項目建設期為5年，是對場反位形進行應用的實驗平臺，將開展等離子體相關技術的研究，并確定等離子體磁壓縮過程中物理參數(shù)與工程參數(shù)的關聯(lián)規(guī)律及工程設計定標律。此外，該項目建成后，將為ITER計劃以及未來聚變堆關鍵的氚增殖包層和材料研究等提供實驗條件。

該項目將以“開放、共享、共用”的原則面向多用戶、多領域，從而促進科學研究和國內外交流的開展，提升我國在聚變新位形領域的原創(chuàng)研究能力、國際影響力與人才培養(yǎng)能力。

華中科技大學名片

華中科技大學校景

華中科技大學由原華中理工大學（前身為1952年國家籌辦的華中工學院）、原同濟醫(yī)科大學（前身為1907年德國埃里?！毬?chuàng)辦的德文醫(yī)學堂）、原武漢城市建設學院（前身為1952年12月創(chuàng)建的中南建筑工程學校）于2000年5月26日合并成立。

如今，華中科技大學是教育部直屬的重點綜合性大學，是國家“211工程”和“985工程”重點建設高校，也是“雙一流”建設高校。

在第四輪學科評估中，學校的機械工程、光學工程、生物醫(yī)學工程、公共衛(wèi)生與預防醫(yī)學4個學科獲評A+，新聞傳播學、電氣工程、計算機科學與技術3個學科獲評A，物理學、生物學、控制科學與工程、臨床醫(yī)學、公共管理、工商管理、動力工程及工程熱物理7個學科獲評A-。

·學校成就·

依托強勁的科創(chuàng)底蘊，華中科技大學踔厲奮發(fā)、接續(xù)奮斗，匯聚起建設世界一流大學的磅礴力量，向著提高我國綜合國力和核心競爭力的目標攻堅克難，眾多科創(chuàng)成果閃耀世界舞臺。

華中科技大學研發(fā)出的一系列高性能新型模具鋼，打破國外壟斷；研制出的“601大型程控交換機”，被譽為“中國民族工業(yè)的驕傲”；原創(chuàng)性提出的灰色系統(tǒng)理論，產生了廣泛的世界影響；而學校的脈沖強磁場實驗裝置自建成以來，創(chuàng)造了64T脈沖平頂磁場等多項脈沖磁場參數(shù)世界紀錄……

此外，華中科技大學還在全國以及世界科創(chuàng)史中書寫了多項“首個”，留下了濃墨重彩的一筆——率先開展臨床腎、肝移植，創(chuàng)建全國首個器官移植研究所；首創(chuàng)的“雙氧水心臟聲學造影法”，在國內外得到廣泛應用……

而“幽靈”雙曲極化激元電磁波、新一代相變存儲器芯片、掌握國際話語權的100kW高功率光纖激光器、顯示亮度增強6萬倍的“點亮肺部”MRI（磁共振成像）等多項具有突破性的成果都鐫刻著“華科大印記”。

如今，以武漢光電國家研究中心、國家脈沖強磁場科學中心、精密重力測量國家重大科技基礎設施、國家數(shù)字化設計與制造創(chuàng)新中心為代表的華中科技大學“科技力量”已成為代表國家參與全球科學技術競爭的主力軍之一。

大連理工大學

追求卓越，勇攀高峰

讓“人造太陽”從中國升起

35年前，年輕的段旭如意氣風發(fā)地走進大連工學院的校門，夢想的種子開始落地生根；35年后，在核西物院的控制大廳內，副院長段旭如目光如炬，夢想已悄然開花結果。

“核聚變其實很安全，一旦發(fā)生事故，聚變就會自動停止，所以無須‘談核色變’。聚變所采用的燃料——氘，在海水中含量豐富，從1升海水里提取的氘，在完全聚變反應后，能釋放出相當于燃燒了300升汽油的能量，且其反應物氦沒有放射性。”段旭如說。

為了尋找能夠打開人類能源大門的“金鑰匙”，段旭如帶領團隊一路攻堅克難，不斷跨越人類能源道路上的一座座高山?！案憧蒲幸偷米〖拍?，也要有執(zhí)著的精神。”在材料、工藝等各個專業(yè)的協(xié)作以及團隊的通力配合下，段旭如帶領團隊取得了等離子體診斷、等離子體約束改善與運輸?shù)确矫娴膭?chuàng)新成果，且在完成技術積累的同時，也實現(xiàn)了中國核聚變事業(yè)人才的積累。

“參與ITER計劃能夠貢獻中國智慧”，作為核聚變研究領域的領軍人之一，段旭如充滿信心，“在高密度條件下，等離子體的溫度達到1億攝氏度以上時，可使數(shù)目可觀的粒子具有足夠的動能克服原子核間的斥力而實現(xiàn)核聚變反應，從而產生可觀的聚變能。為具備開展堆芯等離子體研究的條件，我國科學家正努力進軍1億攝氏度！”

從大連理工大學到核西物院，段旭如實現(xiàn)了“無縫連接”。在大連理工大學培養(yǎng)起來的踏實的品格及扎實的專業(yè)功底，讓段旭如能很快融入新的學習和生活中，成為研究院里的“拼命三郎”?！澳感＝探o我做人做事要踏踏實實的品格，讓我一生受益匪淺?！倍涡袢缬米约旱囊谎砸恍懈腥局磉叺娜?，也傳承著母校的紅色基因。

深耕可控核聚變領域

大連理工大學在可控核聚變領域，深耕已久。

早在20世紀80年代，學校眾多師生便參與到我國首個自主設計研發(fā)的托卡馬克裝置——中國環(huán)流器一號的建設中，開展等離子體波加熱、鐵芯變壓器數(shù)值模擬、等離子體平衡計算等物理研究，以及對托卡馬克等離子體中磁流體力學等相關問題進行研究，同時籌建相關的實驗室（現(xiàn)三束材料改性國家重點實驗室）。

2002年后，隨著中國環(huán)流器二號A裝置的建成，大連理工大學師生開始對托卡馬克等離子體不穩(wěn)定性等相關問題進行研究。

2007年，中國正式加入國際熱核聚變實驗堆（ITER）組織，進入磁約束聚變領域快速發(fā)展新階段?；谇捌诘难芯浚筮B理工大學先后承擔了包括國家科技部“973”項目、ITER計劃專項、中國磁約束聚變能團隊項目和人才專項等在內的一系列重大項目，獲得了包括國家杰出青年科學基金、優(yōu)秀青年科學基金等在內的多項國家級科學基金的支持。

2008年2月，大連理工大學與國內多家高校聯(lián)合成立磁約束核聚變教育部研究中心。2019年，大連理工大學與國際熱核聚變實驗堆（ITER）組織正式簽署合作協(xié)議，在科學數(shù)據共享、人才培養(yǎng)、開展聯(lián)合研究等方面進行全方位合作。2023年5月，大連理工大學物理學院與中國科學院等離子體物理研究所簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。

目前，大連理工大學在磁約束等離子體的芯部及邊界物理、等離子體診斷、等離子體和材料的相互作用、核材料以及相關問題的計算機模擬研究等多個方面建立了扎實的研究基礎。

大連理工大學名片

大連理工大學校景

大連理工大學是中國共產黨在新中國成立前夕，面向新中國工業(yè)體系建設親手創(chuàng)辦的第一所新型正規(guī)大學。如今，大連理工大學是教育部直屬的全國重點大學，是國家“211工程”和“985工程”重點建設高校，也是“雙一流”建設高校。在第四輪學科評估中，學校的機械工程、化學工程與技術獲評A，力學、土木工程、環(huán)境科學與工程、管理科學與工程、工商管理獲評A-。

·學校成就·

學校成立之初，大師云集。學校主要創(chuàng)始人之一的屈伯川，為了招攬精英人才四處奔走，費盡心力請來了多位行業(yè)翹楚，搭建了當時十分“豪華”的師資團隊：被譽為“中國光學之父”的王大珩擔任應用物理系主任；中國計算力學工程結構優(yōu)化設計的開拓者錢令希擔任數(shù)理力學系主任；中國軍事通信工程的奠基人畢德顯擔任電機系和電信系主任；國內催化科學奠基人之一的張大煜擔任化工系主任；國內內燃機事業(yè)先驅者之一的胡國棟擔任機械工程系主任；國內水利工程事業(yè)開拓者之一的李士豪擔任土木系主任……

在他們的努力下，學校培養(yǎng)出了各領域的棟梁之材，包括中國第一任核潛艇總設計師彭士祿；“中國基波風動第一人”俞鴻儒等優(yōu)秀技術人才；冶金工業(yè)部原部長戚元靖、招商局集團前董事長傅育寧、中國兵器裝備集團董事長許憲平、大連理工大學現(xiàn)任校長賈振元等杰出校友……

此外，大工人與國同呼吸，秉承強烈的責任擔當，奮斗在現(xiàn)代化建設的最前線，創(chuàng)造了第一顆返回式衛(wèi)星、第一艘核潛艇、第一枚液體燃料探空火箭、第一座砼斜拉橋與T形剛構體系橋梁、第一個現(xiàn)代化油港、第一個現(xiàn)代化漁港、第一個現(xiàn)代化軍港、第一臺激光器、第一臺4.5兆伏靜電加速器、第一臺激波管、第一臺微波氣象雷達、第一根無縫鋼管等重大科研成果……

東華理工大學

因核成名，以核成勢

尋找約束能量的“容器”

當今社會，一切物質生活都建立在能源的基礎上，然而，地球上的化石能源正在逐年減少，能源的開采難度也愈來愈大，人類未來可持續(xù)發(fā)展的唯一出路就是尋找新型能源。

可控核聚變——以原料豐富和幾乎無污染的優(yōu)勢成為能源的最佳之選。然而，可控核聚變的溫度高達上億攝氏度。什么樣的裝置才能將上億攝氏度的物質約束在一處，使其能夠持續(xù)不斷地產生能量，以供人類使用呢？

科學家們立刻想到了磁場，因為在上億攝氏度的高溫下，物質會呈現(xiàn)等離子態(tài)，這時它們便可以被磁場約束。因此，實現(xiàn)可控核聚變的關鍵，是設計出一款能夠約束超高溫等離子體的磁場裝置。

2019年，針對我國基礎科研發(fā)展戰(zhàn)略的需求，東華理工大學張國書教授在國內首次提出了發(fā)展“天環(huán)一號”懸浮偶極場磁約束等離子體物理大科學實驗裝置的計劃。這一計劃獲得了江西省重點研發(fā)計劃項目經費的支持，張國書教授由此負責研發(fā)我國第一個懸浮偶極場聚變實驗裝置——“天環(huán)一號”（CAT-1 China Astro-Torus No.1）偶極場聚變實驗大科學裝置。

據張國書教授介紹，偶極場是區(qū)別于托卡馬克、仿星器等線圈內部約束等離子體的一種新的磁約束聚變途徑，具有結構簡單、極高比壓及不破裂等獨特的等離子體物理性能優(yōu)點。此外，未來偶極場聚變堆還具有無 14MeV 中子、無氚自持及低熱通量等優(yōu)點。目前世界上只有美國麻省理工學院和日本東京大學分別建造的 LDX 和 RT-1 兩個偶極場聚變等離子體裝置。

張國書教授帶領項目團隊，通過吸收和消化國外先進的思想和經驗，以及結合國內的實際情況，開展自主物理和數(shù)值方程建模、程序及關鍵技術研制等，同時，團隊面向市場經濟，主動將裝置新技術開發(fā)為市場產品，取得了顯著的經濟效益。

為我國核工業(yè)系統(tǒng)培養(yǎng)優(yōu)秀人才

東華理工大學依托國防工業(yè)緊缺專業(yè)、國家級特色專業(yè)、國家卓越工程師培養(yǎng)計劃等項目，全力進行一流核專業(yè)建設的探索與實踐。

2006年，東華理工大學在核工程與核技術專業(yè)的基礎上率先增設3個國控緊缺核專業(yè)，經過多年的建設與發(fā)展，這3個專業(yè)為我國核工業(yè)系統(tǒng)培養(yǎng)了大批急需專業(yè)人才，且近50%的畢業(yè)生扎根于核工業(yè)西南、西北等地區(qū)的單位。此外，學校也與部隊聯(lián)合培養(yǎng)了161名國防生，為海軍、火箭軍等部隊輸送了特需核專業(yè)人才。

學校還構建了專業(yè)—課程群—課程“三位一體”聯(lián)動的思政教育教學模式，多元協(xié)同，把愛國主義教育、國防教育和核工業(yè)精神、“兩彈一星”精神融入核專業(yè)的建設和人才培養(yǎng)中，為我國核燃料循環(huán)企業(yè)培養(yǎng)了一批愛崗敬業(yè)、艱苦奮斗的核專業(yè)人才，也為我國國防和核工業(yè)輸送了一批核專業(yè)人才。學校也堅持創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)定位，通過產出導向、產學研協(xié)同等來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。此外，學校還加強了與中核集團、中廣核集團等單位的產學研合作，建成了28個校外實習就業(yè)基地；與中國核學會等組織開展協(xié)同育人，拓展了核特色創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；指導學生參加國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目與科技競賽，學生獲首屆全國“核+X”創(chuàng)意大賽一等獎（全國僅2項）等多項國家級、省部級獎項……

東華理工大學名片

東華理工大學的前身是創(chuàng)辦于1956年的太谷地質學校。學校1958年遷址太原并更名為太原地質專科學校（本科）；1959年遷至江西省撫州市，更名為撫州地質?？茖W校；1978年更名為撫州地質學院；1982年更名為華東地質學院；2002年更名為東華理工學院；2002年和2003年江西省國防科技工業(yè)學校與撫州師范?？茖W校先后并入；2007年更名為東華理工大學。

東華理工大學校景

東華理工大學是江西省人民政府與國家國防科技工業(yè)局、自然資源部、中國核工業(yè)集團有限公司共建的具有地學、核科學特色，以理工為主，經、管、文、法、教、藝兼?zhèn)涞木C合性大學，其堅持“為核成立、因核成名、以核成勢”的發(fā)展思路，高擎“核學”“地學”兩桿大旗，為國家國防軍工事業(yè)和地方經濟社會發(fā)展輸送了25萬余名各級各類專業(yè)人才，被譽為“中國核地學人才搖籃”和“世界原子能事業(yè)的寶貴財富”。

·學校成就·

學校培養(yǎng)的一大批優(yōu)秀人才活躍在國民經濟建設的第一線，如廣東全省核能事業(yè)從事者有40%來源于東華理工大學，有20%的骨干也畢業(yè)于東華理工大學。在“敦本務實、崇義奉公”校訓的熏陶下，一批在核地行業(yè)“下得去、留得住、立得起、干得好”的校友長期扎根在艱苦地區(qū)，以東華理工人特有的勤懇踏實作風，為母校贏得了聲譽。此外，東華理工大學也有自己的“群星方陣”：中國科學院院士龔健雅，核工業(yè)北京地質研究院院長李子穎，美國勞雷工業(yè)公司總裁方勵，大唐集團副總經理王森，國家國防科技工業(yè)局總工程師龍紅山，廣東正業(yè)科技股份有限公司董事長徐地華，李四光地質科學獎獲得者顏丹平……

東華理工大學還獲得過許多榮譽，如“鈾資源勘查與環(huán)境監(jiān)測中的核輻射探測技術及系列儀器”項目，已在國家、國防及行業(yè)技術標準中得到推廣應用，產生了顯著的社會效益和經濟效益；系列化專用型核輻射探測儀器設備，在貝谷科技有限公司實現(xiàn)了規(guī)模化生產，年均產值超2億元；“直接質譜分子電離原理與方法學研究” 項目突破了經典電離理論的限制，解決了經典質譜分析技術無法對復雜基體樣本進行快速、實時、在線、原位、活體分析的瓶頸問題，獲得江西省自然科學獎一等獎。

除了以上高校，畢業(yè)于哈爾濱工程大學船舶核動力專業(yè)的李建剛，為了造出屬于中國的“人造太陽”，至少做了20萬次相關實驗，其中4萬多次都宣告失敗，然而，正是這一次次的失敗，正是這樣日復一日枯燥的實驗，才讓中國的“人造太陽”計劃不斷成熟；畢業(yè)于電子科技大學的李波從電氣工程及其自動化專業(yè)“跨界”到核聚變研究領域，一點點地學習關于“人造太陽”的知識，并帶領團隊穩(wěn)扎穩(wěn)打分析研判，歷時兩年完成中央實驗控制系統(tǒng)的研制……

為什么核聚變能讓人如此追求和探索？因為從1升海水中提取的氘，在完全聚變反應后，可釋放相當于燃燒了300升汽油的能量，如果“人造太陽”的愿望成真，那占地球表面積70%的海洋中含有的氘燃料，足夠人類使用上百億年。