中国环流器一号：能束缚“人造太阳”的初代“缰绳”2020-10-13 06:47:11 来源：四川日报 编辑：顾强  6park.com


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中国环流器一号。

当年安装环流器场景。 本栏图片均由受访者提供

学生参观核聚变博物馆。

严东海以前的工作照。

扫码观看中国核聚变博物馆首座受控核聚变实验装置旧址视频。
编者按
去年10月第八批全国重点文物保护单位(简称“国保”)公布后，四川新入选的32处国保很多都不为人知。《国保寻踪》栏目，将带领读者走近这些“宝贝”，让公众感受四川深厚的历史和文物承载的灿烂文化。
《国保寻踪》首批9篇稿件，采用实地走访调查的形式，讲述国保与人的故事，既寻访，又探秘，既挖掘历史掌故，也发现新的亮点，为你揭示国保的前世今生。
国保寻踪
8月30日，成都理工大学工程技术学院开学，学生入学第一课就是参观校内的中国核聚变博物馆，79岁的严东海老人担任解说，他是“人造太阳”的研发者之一，也是学校第一届电信系主任，退休后仍居住在肖坝社区585所(核工业西南物理研究院乐山基地)家属楼。看新人辈出、后浪奔涌，严东海期待能在一号环流器诞生的地方，见证核聚变最终成功。
四川在线记者 吴平
1缘起
为“人造太阳”
前辈后生向肖坝集结
1966年，严东海从四川大学无线电系毕业，被分配到585所，当时他还没听说过“人造太阳”。带着铺盖卷从成都到乐山，来到一个周围全是农田的营地，大门挂着一个木头牌子：西南化工机械研究所。
这里很神秘，武警站岗，外人不得随意出入，挖有十多个防空洞，入职第一件事就是熟记保密手册，每年底还要定期销毁一些文件资料。然而，生活却很接地气：吃水井里打，宿舍就是在实验室放两张单人床。“还好行李不多，就一个木头箱子。”严东海回忆。
严东海的同事来自天南海北，三分之二是50年代中期到60年代中期的大学毕业生，老科学家有几个，最有名的是李正武伉俪，他们和钱学森一起，在美国遭受软禁，最终历尽艰险回到祖国，投身核物理事业。“李老原名‘李整武’，办事员登记错了，问李老要不要改。李老说，名字只是代号，不影响研究，就不麻烦了。”成都理工大学工程技术学院院长柯崎介绍。
顶级专家与后辈新秀齐聚乐山肖坝，是为了“人造太阳”。
自从二战那两颗原子弹炸响，核军备竞赛就不曾断过。上世纪60年代，受控核聚变研究成为国家战略安全的重中之重，当时国外已建了40多个专门研究机构。1964年，我国成功爆炸第一颗原子弹后，开始突击建设三线新基地，决定将东北503所发展为受控核聚变研究中心，从哈尔滨迁到了四川乐山，1965年肖坝基地正式开建。
刚到585所，严东海第一项任务是泡图书馆，通过阅读英美苏文献杂志，了解“可控核聚变”是什么、为什么要做、如何做。借助于高中和大学时打下的科技英语阅读底子，他偶尔借助词典，这些文献都啃了下来。“每年半年做实验，半年写论文，时间很紧。晚上12点资料室还灯火通明，这边是窸窣的翻书声，那边是家属区热闹的坝坝电影(一周两到三次)，对比鲜明。”严东海说。
2弯路
“303”被淘汰“451”艰难起步
1970年-1975年，严东海经常去上海出差，每次回来不带冠生园的糕点，也不带恒源祥的衣服，而要带回几十个煤炉。
原来，乐山炉子很笨重，上海那时已生产漆皮桶煤炉，里面一圈耐火砖，放两块蜂窝煤就行，一只手就拎得动，很受有家属的职工欢迎。这200多个煤炉连同那些大器件，一起乘火车到585所，照亮了585所的一个个家庭和核聚变事业。
随着“两弹一星”的成功，大家信心十足，认为很快就可以实现受控核聚变，没想到迄今全世界还没有一个能做得出来。“我们走了弯路。”严东海说，“最早把‘缰绳’的实现路径押在‘超导磁镜’303装置上。”虽然过程中取得了非常多的成果，303也于1976年运行了一年，但发现它并非实现核聚变的最佳途径，只有暂停。
与此同时，第二条路径“环流器”(代号451，中国第四个五年计划一号工程项目的简称)方案获得国家批准，于1973年正式上马，小小的肖坝一下子热闹起来。
两条路径很不一样，比如超导磁镜的真空室是笔直的，而环流器的真空室是轮胎一样的环形，开始是内外双层，后来完善为单层。
具体来说，国保中国环流器一号由主机系统、电源系统、加热系统、控制系统和诊断系统等组成，单电源就有7套大型供电系统，所需设备近9000台件。而当时中国工业配套非常落后，少材料、少工艺、少标准，在此情况下，研究所能借外力就借外力，但更多要自力更生。例如，主机由于难度大、得利少，没有厂家愿意承制，最后只有“化整为零”，主机里的变压器拿给沈阳制造，磁场线圈则边干边学，设计图纸就画了3400多张。有48个外表“平平无奇”的控制柜，持续5年才交工……国保简介中国环流器一号原子能利用有聚变、裂变、聚变裂变相结合三种方式，裂变存在铀资源限制、放射性物质残留等问题，聚变则更清洁、更安全。但聚变需要“缰绳”使过程可控，完全可控的核聚变迄今在全世界还未实现。
中国环流器一号能成功产生300千安培的等离子体电流，相当于诞生了初代“缰绳”，使得中国的研究水平与美国、俄罗斯等少数国家得以同步。环流器等离子体的目标温度为1亿℃，是太阳核心温度的5-6倍，又被称为“人造太阳”。
2019年，“中国核聚变博物馆首座受控核聚变实验装置旧址”获列第八批全国重点文物保护单位。
3突破
“人造太阳”成功向世界贡献中国力量
1982，41岁的严东海从单身公寓搬进了不到70平方米的套一单元房，把妻儿从眉山农村老家接了过来。此时，国家经济向好，他的家庭事业蒸蒸日上，这似乎预示着中国的“人造太阳”前景一片光明。果然，两年后它就发出了让世界侧目的光芒。
磁场强度16000高斯，脉冲环电压3000伏特，突然真空计读数下降，环电压跟着下降，这表明，氢气已被高压击穿，环流器内产生了受控核聚变所必需的等离子体——1984年9月21日22时18分，585所沸腾了，中国有了自己的“人造太阳”，并且其等离子体的物理参数达到同类装置的国际水平。
消息传出，世界各国专家前来参观，对该装置的严谨规范表示认可。这些专家不知道的是其背后的举全国之力。比如，主机的变压器是个庞然大物，在沈阳制造出来后由火车运往乐山，因为体积太大而过不了山洞，科研人员想了很多办法，最后硬是降低了火车底盘，才解决了难题。从夹江县运往肖坝时，又由于道路不够宽，又折腾了一整天才走完最后30多公里。
在环流器一号之后，585所又先后研发了中国环流器新一号(在一号的基础上将真空管由双层变为单层，其余均未变)、具有偏滤器的中国环流器二号A等。
尤为难得的是，中国环流器一号的技术指标比欧美发达国家的同类型同规模装置的指标更高。如中国高效率的原创电机，其主研人是中科院院士潘垣;再有就是“超声分子束/团族注入技术”，其发明者是李正武的学生姚良骅，它首先应用于环流器新一号，大大改进了实验参数，如今已被德国、日本、法国等相关设备普遍采用，将世界可控核聚变事业又往前推进了一步。
4重生
跨过经费低谷向研教展综合发展
严东海观察到，585所这些知识分子家庭非常重视教育，肖坝曾有三个13岁孩子考取中国科技大学少年班。随着“核二代”纷纷考学、外出工作，肖坝人口出现了净流出。不光是少了人口，考虑到国内外环境，在我国核工业确立了“军民结合”的发展战略之后，585所的经费逐年削减。
尽管经费非常紧张，科研人员仍在坚守。研究员张鹏就曾利用“废弃”的原材料，修修补补之下竟然攒出了中国第一代“反场箍缩环形实验装置”，而他带出的科研人员李强则成了中国环流器二号实验装置的核心人员。
2000年，核工业西南物理研究院与成都理工大学合办成都理工大学工程技术学院，而研学结合对585所而言是具有里程碑意义的事件。2012年，学院对校内中国环流器一号实验装置大厅进行维护改造，建成中国核聚变博物馆，成为国内唯一对公众开放的核聚变博物馆。此时，距环流器一号停止运行已过去11年——2001年，国保环流器一号在安全运行了17年，贡献了无数科研参数，以及5000多项科技奖之后，进入永久保存期。
博物馆建立的消息传来，585所的专家们纷纷捐出珍藏。仅李正武老人的女儿就捐出了父亲的小学、中学毕业证及自制千分尺、当年的新闻报道和工作照……大量一手文献器物再现了那段流金岁月。
2018年7月，585所的“中国第一座人造太阳实验装置”入选国务院国资委工业文化遗产名录;2019年10月，实验装置旧址入选国务院第八批国保单位，当年11月，第一届中国磁约束聚变能大会在乐山开幕，选会址于此也是基于其“诞生地”的历史贡献。
有了博物馆，严东海也化身为1号讲解员，给来参观的小朋友、大朋友讲述那过去的故事。他认为，只要理想不减、信念不灭，国保必将成就更多有志于可控核聚变的年轻人。