探访“人造太阳”项目：有望2050年点亮你家灯泡(2)

　　冷静、坚毅，不苟言笑。“人造太阳”核心部件“第一壁”的中方项目总工程师王平怀，有着一张标准的“科学脸”，亦或是“工科男”面孔。任何的外界喧嚣，很难在他脸上惊起太大的波澜。开口说话时，那种严谨到极致的风格，让急于在谈话中寻找爆点的倾听者，忍不住抓狂。只有当提到“第一壁”时，他的表情才会像解冻的春水，慢慢舒展，脸上流露出无法掩饰的喜悦，一圈圈地荡漾开来。去年12月，由王平怀团队自主研发制造的国际热核聚变核心部件“第一壁”，在国际上率先通过权威机构认证。让中国落后于美国20年的技术，一跃从“跟跑”实现了“领跑”。

　　寻觅 花十年找材料

　　将美国垄断技术造价降低90%

　　什么是第一壁？实验装置中的聚变物质时刻释放着高强度的热辐射。核心区最高温度能达到1亿℃，如果材料性能不佳，要么就被高温瞬间融化，要么就会让反应堆这座锅炉熄灭。王平怀说，要构建起“人造太阳”的核心，需要特殊的材料筑起一道“防火墙”，来抵御装置内部上亿℃的高温环境。在整个国际热核聚变实验堆计划中，多个国家都在研制这样的高温核心材料。中国科学家承担研制的这种材料，处于反应堆最核心位置，直接面对高温聚变物质，因而被称为反应堆的“第一壁”。2006年，中国正式加入ITER，接受了研制热核聚变反应堆核心部件的工作。十多年来，过五关斩六将，王平怀团队开启了攻克“第一壁”的漫长科研路。王平怀说，寻找“第一壁”，第一关就是材料。面对上亿℃高温的炙烤，任何普通材料瞬间就会灰飞烟灭。当时，业内普遍认为一种特殊的金属材料耐热性高，是最佳选择。彼时，世界上拥有这种材料的高纯度提取和制造工艺技术的国家中，美国处于技术垄断地位。这种高纯度金属材料，一公斤对外销售超上百万元人民币。由于材料的稀缺性，美国只是少量出售。“大部分时候，是有钱都买不到的。”王平怀说。为此，从2004年2013年，团队成员从高纯度金属材料提取开始，进行了长达十年的特殊材料研制工作。由王平怀所在团队自主研制的材料问世后，将美国垄断价格降低了90%。

　　失落 模件决定命运

　　一年半时间失败十几次

　　单程将近30个小时的火车，一路从成都平原越过秦岭之巅，再到塞外的黄沙和肃杀，最后抵达终点站宁夏的一个小城。从2014年到2015年10月，一年多里，这条跨越1300公里的铁路线，成了王平怀所在项目组32个成员共同的梦魇，项目遇到了真正的低迷期。解决了“第一壁”材料问题后，王平怀们接下来要破解的是结构问题。研制人员想到了一种特殊的结构，把热量及时地传走。那是一块看上去像三明治一样的结构，底下是不锈钢，中间是铜合金，上面则是特殊的高纯度金属材料。再用特殊的方法，将这些材料结合到一起。如何将两个“个性”完全不同的材料，形成一个完整的功能件，成为他们面临的新难题。“可以说，这也是我们过去五年最痛苦的历程。”王平怀坦言，两者的物理性相差实在是太大。上面那层金属材料是最轻、也是最活泼的碱性金属元素组成，热导率比铜和金差了一倍以上。两者强行连接在一起，会形成一种新的物相，易脆，易断裂。尤其是2013年底，ITER更改了相关设计，对于“第一壁”的制作要求更加苛刻。

　　这种工艺上的高难度，也让“第一壁”研发团队经历了长达一年多的低迷期。更改设计之后，他们制作的模块成功率不到20%。

　　王平怀至今记得那段灰暗的日子。由于四川没有相关的机加工工厂，每次模块的最终机加工要送到宁夏。每次从设计制作到检测出来，大概需要三周时间。30小时的旅途，对于送模块的人来说，疲惫，但是带着希望。

　　从成都到塞外，风景一路转变。这一切对于项目组成员来说，任凭风光无限，对他们都毫无意义。包里揣着的那几公斤模块件，更像是怀揣着整个项目组的心血和“第一壁”的前途与命运。

　　王平怀记得，每次成员把模块件拿回来，32个人都会围着两个检测人员。那一刻，空气好像都凝固了，大气不敢出，生怕把好运气吹跑了。检测的过程很短。很快，人群中的低气压便弥漫开来。彼此相视时，有的也只是互相摇头和叹气。“那段时间，组里的气氛实在太压抑了。”王平怀说，以至于院里的领导在公开场合都要心照不宣地为他们加油打气。

　　欢悦 他们终于成功

　　提交了十多项国家专利申请

　　这样的气氛，一直持续到2015年10月1日。

　　那天，人们都在忙于休假，“第一壁”主要成员却早早地来到了办公室，等待远方归来的王平怀，那一次去宁夏送模块的正是他。

　　有人自告奋勇去车站接他回来，然后一路小心翼翼地护送他到办公室。过去的无数次失败中，该排查和梳理的问题点，都已经排查并且进行了修正，这一次，应该不会再出问题了吧。那天到检测室的人并不多，只有六七个。王平怀清楚地记得，还是围着两个负责检测的工作人员，空气再次凝固。这一次，他们终于成功了。压抑了太久的项目组，气氛轻松起来，顾不得平时的矜持，大家紧紧拥抱在一起。由于这次创造性的突破，仅仅是他们攻克的两种材料的连接工艺，项目组就提交了多达十几项国家专利申请。

　　希望之源

　　核聚变的优势是显而易见的，如何真正实现受控的核聚变，以至于未来的并网发电，还有漫长的路要走。

　　“人造太阳”并网发电

　　有望2050年点亮四川人的灯泡

　　到今年为止，国家“青年千人计划”学者、核工业西南物理研究院聚变科学所副所长许敏，已经在环流器二号A装置上耕耘了五年。

　　过去五年里，他们取得了很多成就。譬如，实验装置的加热功率至少翻了一倍，加热手段也更多了。装置运行时，里面燃料的温度一般是2000万~3000万℃，现在十几毫秒甚至几毫秒就可以达到。此外，持续加热以及寻找诸如构成“第一壁”这样的高温耐热材料，是未来的重要命题。