潘垣院士： 追逐“人造太陽”，探索終極能源！

如果要問，世界上最難的科學研究是什么？在中國工程院院士潘垣眼中，毫無疑問是磁約束核聚變，也就是“人造太陽”。如何將這一“科幻”照進現實？一起來看他多年的探索。

潘垣院士（圖片來源：湖北省科技廳）

“我最大的愿望就是不讓苦難在我的祖國重演，要讓我的祖國強盛起來?！敝袊こ淘涸菏?、華中科技大學電氣與電子工程學院教授潘垣，這一輩子的科研成果有很多，歸根到底都是服務國家迫切需求，探索能源。

追逐“人造太陽”

今年，潘垣院士已經90歲高齡。他說，在他所有的科研成果中，最讓他驕傲也最牽掛的，就是“人造太陽”。科學上來講，叫做磁約束核聚變。

“為什么叫‘人造太陽’？它的目的就是能源，核聚變能力就是要把氫彈控制起來，讓它慢慢地釋放能量?！迸嗽f。

這項工程到底有多難？

潘垣解釋，太陽核聚變的發生離不開巨大的太陽引力，高溫高壓條件下，充斥在太陽內部的氫原子核外電子擺脫束縛，其中兩個原子核互相吸引、碰撞，進而發生聚變反應。但畢竟，地球的引力僅僅是太陽的三十三萬分之一。要在地球上將超高溫等離子體約束起來，實現可控核聚變，難度堪比“夸父逐日”。

早在1984年，潘垣參與并完成了中國第一座“人造太陽”裝置——中國環流器一號。

建造中國環流器一號之初，所需的參考材料極為缺乏，工程設計人員手里僅有介紹原蘇聯相關裝置概況的4頁文章。至于裝置的每一個部件具體該怎樣設計，需要自己摸索琢磨。

“主接線圖、控制系統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，甚至更晚都有。裝置很復雜，超高真空、外通電源好幾套，一邊畫一邊思考、討論，反復修改，裝置的尺寸配合總體是穩定的。”潘垣回憶道。

此外，還需要解決設備來源的問題。潘垣與外部工廠合作，進行了大量的設備研發。其中最令他自豪的是其主持研發的兩臺交流脈沖發電機，這為中國核聚變領域的發展提供了強大的動力。這兩臺80兆瓦的脈沖發電機是當時中國發電機容量最大的兩臺發電機，至今仍在使用。

潘垣和團隊克服萬難，終于在1984年9月21日，成功研制中國環流器一號裝置研制。它標志著我國受控核聚變研究由原理探索進入到規模物理實驗階段，為中國核聚變研究和發展提供了重要的實驗平臺，成為中國受控核聚變研究發展的一個里程碑。

環流一號研制成功后，核聚變的相關研究一直都是潘垣的核心工作。2016年，潘垣又將聚變材料鎖定為氘元素，在國際上首創提出了新的技術路徑——氘氘聚變。

去年11月，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”項目獲批，在武漢新城光谷科學島啟動建設，潘垣和他的學生將圍繞項目建設繼續探索。

探索終極能源

潘垣的關注點從來都是瞄準國家所需，目標鎖定人無我有、人有我強、人強我新。

除了核聚變能源，潘垣還致力于中國脈沖強磁場實驗裝置的建設。20世紀末，潘垣敏銳地注意到，自20世紀80年代發現高溫超導以來，歐、美相繼建設了脈沖強磁場實驗室。他隨即于2001年提出盡快建設中國脈沖強磁場實驗裝置，這后來成為“十一五”期間我國建設的12項重大科技基礎設施之一。

為推進工程，潘垣帶領團隊提出雙電容器耦合動態調控方案，解決了脈沖平頂磁場生成過程中的一些技術難題，使得我國在脈沖強磁場技術方面走在了世界前列。

截至2022年底，該設施已累計運行超過7萬小時，為北京大學、清華大學、中科院物理研究所等119個國內外科研單位提供科學研究服務1677項，在Nature、Science、PRL等期刊發表論文1385篇，取得了包括發現第三種規律新型量子振蕩等在內的一大批原創成果。

潘垣常年訂閱四份報紙，從國家發展的脈絡里，找尋自己的專業背景能夠解決的難題。

針對京津冀霧霾問題，他提出建設柔性直流電網，為2022年冬奧會的成功舉辦提供了優質環境保障；針對南方電網用電負荷大的問題，他創新研發世界首臺50萬伏機械型直流斷路器，避免電網基礎設施的損失……

眼下，潘垣團隊正在對瞬間升溫和能源回收方向，進行多類型實驗，朝著終極能源的方向不斷探索。潘垣說，這是他的收官之作，也是世界上最困難的科研工作。他可能看不到自己的收官之作在國際舞臺大放異彩的那天了，但只要中國人能借此站上世界之巔，他就高興。