潘垣：“90后”院士矢志造“太阳”

如果要问，世界上最难的科学研究是什么？在中国工程院院士、华中科技大学教授潘垣眼中，毫无疑问是磁约束核聚变，也就是“人造太阳”。如何将这一“科幻”照进现实？他探索了很多年。

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潘恒院士。湖北省科技厅供图

追逐“人造太阳”

今年，潘垣院士已经90岁高龄。他告诉记者，在他所有的科研成果中，最让他骄傲也最牵挂的，就是“人造太阳”。科学上讲，叫做磁约束核聚变。

“为什么叫‘人造太阳’？因为它的目的就是能源，核聚变能力就是要把氢弹控制起来，让它慢慢地释放能量。”潘垣说。

这项工程到底有多难？

潘垣解释，太阳核聚变的发生离不开巨大的太阳引力，高温高压条件下，充斥在太阳内部的氢原子核外电子摆脱束缚，其中两个原子核互相吸引、碰撞，进而发生聚变反应。但毕竟，地球的引力仅仅是太阳的三十三万分之一。要在地球上将超高温等离子体约束起来，实现可控核聚变，难度堪比“夸父逐日”。

早在1984年，潘垣参与并完成了中国第一座“人造太阳”装置——中国环流器一号。

建造中国环流器一号之初，所需的参考材料极为缺乏，工程设计人员手里仅有介绍原苏联相关装置概况的4页文章。至于装置的每一个部件具体该怎样设计，需要自己摸索琢磨。

“主接线图、控制系统的逻辑图都是我自己画的，那时候年轻，晚上一搞就搞到12点。装置很复杂，超高真空、外通电源好几套，一边画一边思考、讨论，反复修改，装置的尺寸配合总体是稳定的。”潘垣回忆道。

此外，还需要解决设备来源的问题。潘垣与外部工厂合作，进行了大量的设备研发。其中最令他自豪的是其主持研发的两台交流脉冲发电机，这为中国核聚变领域的发展提供了强大的动力。这两台80兆瓦的脉冲发电机是当时中国发电机容量最大的两台发电机，至今仍在使用。

潘垣和团队克服万难，终于在1984年9月21日，成功研制中国环流器一号装置研制。它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入到规模物理实验阶段，为中国核聚变研究和发展提供了重要的实验平台，成为中国受控核聚变研究发展的一个里程碑。

环流一号研制成功后，核聚变的相关研究一直都是潘垣的核心工作。2016年，潘垣又将聚变材料锁定为氘元素，在国际上首创提出了新的技术路径——氘氘聚变。

去年11月，湖北省重大科技基础设施“磁约束氘氘聚变中子源预研装置”项目获批，在武汉新城光谷科学岛启动建设，潘垣和他的学生将围绕项目建设继续探索。

探索终极能源

潘垣的关注点从来都是瞄准国家所需，目标锁定人无我有、人有我强、人强我新。

除了核聚变能源，潘垣还致力于中国脉冲强磁场实验装置的建设。20世纪末，潘垣敏锐地注意到，自20世纪80年代发现高温超导以来，欧、美相继建设了脉冲强磁场实验室。他随即于2001年提出尽快建设中国脉冲强磁场实验装置，这后来成为“十一五”期间我国建设的12项重大科技基础设施之一。

为推进工程，潘垣带领团队提出双电容器耦合动态调控方案，解决了脉冲平顶磁场生成过程中的一些技术难题，使得我国在脉冲强磁场技术方面走在了世界前列。

截至2022年底，该设施已累计运行超过7万小时，为北京大学、清华大学、中国科学院物理研究所等119个国内外科研单位提供科学研究服务1677项，在Nature、Science、PRL等期刊发表论文1385篇，取得了包括发现第三种规律新型量子振荡等在内的一大批原创成果。

潘垣常年订阅四份报纸，从国家发展的脉络里，找寻自己的专业背景能够解决的难题。

针对京津冀雾霾问题，他提出建设柔性直流电网，为2022年冬奥会的成功举办提供了优质环境保障；针对南方电网用电负荷大的问题，他创新研发世界首台50万伏机械型直流断路器，避免电网基础设施的损失……

眼下，潘垣团队正在对瞬间升温和能源回收方向，进行多类型实验，朝着终极能源的方向不断探索。潘垣说，这是他的收官之作，也是世界上最困难的科研工作。他可能看不到自己的收官之作在国际舞台大放异彩的那天了，但只要中国人能借此站上相关研究的世界之巅，他就高兴。