【按摩仪、冰箱、体重秤…“太空之家”里面有什么】
随着航天员成功进入天和核心舱，在他们的“太空之家”有哪些高科技仪器设备保证生活和工作的舒适和便利？记者了解到，这里不仅有“太空按摩仪”，还有“太空冰箱”、超级“净水器”、“太空体重秤”，这些仪器设备共同为航天员打造了舒适健康的“太空之家”。
“太空按摩仪”——地面医生随时调强度
天舟二号货运飞船发射圆满成功，中国航天科工集团有限公司（以下简称“航天科工”）所属航天三江红峰公司研制的神经肌肉刺激仪搭载天舟货运飞船出征。本次搭载的是神经肌肉刺激仪主机、刺激电缆和通信电缆，以“太空快递”的形式随天舟上行，在后续任务中，航天员适时从“太空快递包裹”中取出产品随身使用。
据了解，神经肌肉刺激仪是“太空医院”系列产品之一，相当于“太空按摩仪”。该产品主要用于对航天员进行电脉冲刺激，协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练，防止长期飞行试验造成肌肉萎缩。当需要锻炼时，航天员取出神经肌肉刺激仪，将刺激电极片分别贴在指定刺激部位，连接产品电缆，打开电源就可以自行选择锻炼模式，开始“太空按摩”。
据了解，该团队不断对产品进行优化升级迭代。此次还在神经肌肉刺激仪上增加了处方在线升级功能，航天员通过天地链路将按摩刺激效果及时反馈至地面，地面医护人员进行诊断和相应调整后,将优化后的处方通过信道传输至产品中供航天员使用。
“太空冰箱”——隔热隔气耐刺穿
在本次发射任务中，航天科工三院306所研制的“太空冰箱”材料——真空绝热板产品，再次获得应用，为中国的空间站建设添砖加瓦。
在天舟二号货运飞船运送的物资中，某些关键的医疗检测和保障物资需要存储在“低温锁柜”中，就像人们使用的冰箱。然而，尽管功能上都是隔热保温，但天舟二号货运飞船上的“太空冰箱”对隔热保温材料的要求更高，保温效果要出众，还必须足够轻，在满足基础功能的前提下实现最大的空间利用效率。
为此，306所技术团队第一时间就想到了气凝胶——世界上热导率最低也是密度最小的固体材料。他们从气凝胶材料隔热机理出发，通过特殊工艺将现有的气凝胶材料“真空化”，制备成真空绝热板。经验证，这种板材的热导率降低至原有气凝胶材料的一半，既满足热导率指标要求，还具备优异的隔气性和耐刺穿性。
据了解，这个“太空冰箱”首次应用在天舟一号货运飞船中，而此次天舟二号用到的是单片尺寸更大的升级版。目前，306所已经开发了十几个牌号的气凝胶产品，不仅满足多型国防武器装备研制需求，也先后应用于长征五号运载火箭、天舟系列货运飞船、天问一号火星探测器、嫦娥四号登月探测器等重大任务。
超级“净水器”——从“尿”中取“水”
随着航天员进驻，太空中的超级“净水器”——航天科工二院206所研制的环控生保尿处理子系统及电解水净化器，也将开始启动。
据了解，尿处理子系统是空间站环控生保分系统的重要组成部分，作为空间站内水资源循环利用的重要环节，是载人空间站任务实现航天员长期在轨驻留的标志性关键产品之一，对于空间站建造与运营具有重要支撑作用。
尿处理子系统采用蒸汽压缩蒸馏技术将预处理后的尿液进行旋转蒸馏，收集到的水蒸气冷凝后形成蒸馏水，然后将蒸馏水输出给水处理子系统进行深度净化处理，从而把尿液中的水分提取利用，实现了空间站水资源的循环利用，同时减轻了货运飞船的载荷负担，大大降低空间站的运营成本。
206所空间机电技术研究室主任崔广志介绍，经过水处理子系统净化后的再生水，超出国家相关标准要求，可以满足在空间站中长期驻留的航天员清洁、制氧等用途。
该项技术先后突破了气液两相流输送与分离、无润滑旋转动密封、尿液钙结晶与沉淀、蒸馏废气处理等十余项关键技术，实现了从“尿”中取“水”，填补多项国内技术空白。
“空间站尿液处理技术是国际公认的技术难题，也是我国空间站建造的关键技术之一。”该系统负责人206所科技委副总师李建冬介绍，尿处理子系统工作于微重力环境下，添加了预处理剂的尿液，具有强酸性、强腐蚀性与易结晶沉淀的特点，对于系统的机电运动部件长期可靠运行是极大的挑战。面对空间站产品的长寿命、高可靠性要求，团队综合考虑“机、电、气、液、热”等多方面因素，开展新技术、新材料、新工艺的摸索与试验验证，确保实现产品的长寿命、高可靠性指标要求。
“太空体重秤”——精准测量航天员的体重
航天员在太空失重环境下，如何测量其体重的变化？在天和核心舱里，就有一款“太空体重秤”——航天科工所属航天三江险峰公司研制的质量测量仪，它可以在微重力环境中精准测量航天员的体重，也可以测量食品包、尿袋和冷凝水箱等。它的成功使用，意味着中国成为继美国和俄罗斯之后第三个能在太空中测体重的国家。
据了解，在2012年发射的神舟九号飞船上，三名航天员曾利用这个质量测量仪顺利进行了人体、食品包、尿袋和冷凝水箱等各种测试，测量精度很高。在2013年发射的神舟十号飞船上，航天员王亚平还在太空课堂上对质测仪的工作原理和工作流程向观众们进行了讲解、展示。
目前，天和核心舱里的质量测量仪是2015年开始研制的第二代仪器。项目团队从测试稳定性、浪涌电流抑制、软件算法优化、工效学设计等方面入手，提高了其刚度和强度，优化了电缆布局、改进电路和电磁兼容设计、做好静电防护、加强多余物和微生物控制、进行元器件降额，使这款质量测量仪精度显著提高，测量结果也较上一代质测仪提高3～4倍，产品达到了国际先进水平，并获得4项专利。
随着航天员成功进入天和核心舱，在他们的“太空之家”有哪些高科技仪器设备保证生活和工作的舒适和便利？记者了解到，这里不仅有“太空按摩仪”，还有“太空冰箱”、超级“净水器”、“太空体重秤”，这些仪器设备共同为航天员打造了舒适健康的“太空之家”。
“太空按摩仪”——地面医生随时调强度
天舟二号货运飞船发射圆满成功，中国航天科工集团有限公司（以下简称“航天科工”）所属航天三江红峰公司研制的神经肌肉刺激仪搭载天舟货运飞船出征。本次搭载的是神经肌肉刺激仪主机、刺激电缆和通信电缆，以“太空快递”的形式随天舟上行，在后续任务中，航天员适时从“太空快递包裹”中取出产品随身使用。
据了解，神经肌肉刺激仪是“太空医院”系列产品之一，相当于“太空按摩仪”。该产品主要用于对航天员进行电脉冲刺激，协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练，防止长期飞行试验造成肌肉萎缩。当需要锻炼时，航天员取出神经肌肉刺激仪，将刺激电极片分别贴在指定刺激部位，连接产品电缆，打开电源就可以自行选择锻炼模式，开始“太空按摩”。
据了解，该团队不断对产品进行优化升级迭代。此次还在神经肌肉刺激仪上增加了处方在线升级功能，航天员通过天地链路将按摩刺激效果及时反馈至地面，地面医护人员进行诊断和相应调整后,将优化后的处方通过信道传输至产品中供航天员使用。
“太空冰箱”——隔热隔气耐刺穿
在本次发射任务中，航天科工三院306所研制的“太空冰箱”材料——真空绝热板产品，再次获得应用，为中国的空间站建设添砖加瓦。
在天舟二号货运飞船运送的物资中，某些关键的医疗检测和保障物资需要存储在“低温锁柜”中，就像人们使用的冰箱。然而，尽管功能上都是隔热保温，但天舟二号货运飞船上的“太空冰箱”对隔热保温材料的要求更高，保温效果要出众，还必须足够轻，在满足基础功能的前提下实现最大的空间利用效率。
为此，306所技术团队第一时间就想到了气凝胶——世界上热导率最低也是密度最小的固体材料。他们从气凝胶材料隔热机理出发，通过特殊工艺将现有的气凝胶材料“真空化”，制备成真空绝热板。经验证，这种板材的热导率降低至原有气凝胶材料的一半，既满足热导率指标要求，还具备优异的隔气性和耐刺穿性。
据了解，这个“太空冰箱”首次应用在天舟一号货运飞船中，而此次天舟二号用到的是单片尺寸更大的升级版。目前，306所已经开发了十几个牌号的气凝胶产品，不仅满足多型国防武器装备研制需求，也先后应用于长征五号运载火箭、天舟系列货运飞船、天问一号火星探测器、嫦娥四号登月探测器等重大任务。
超级“净水器”——从“尿”中取“水”
随着航天员进驻，太空中的超级“净水器”——航天科工二院206所研制的环控生保尿处理子系统及电解水净化器，也将开始启动。
据了解，尿处理子系统是空间站环控生保分系统的重要组成部分，作为空间站内水资源循环利用的重要环节，是载人空间站任务实现航天员长期在轨驻留的标志性关键产品之一，对于空间站建造与运营具有重要支撑作用。
尿处理子系统采用蒸汽压缩蒸馏技术将预处理后的尿液进行旋转蒸馏，收集到的水蒸气冷凝后形成蒸馏水，然后将蒸馏水输出给水处理子系统进行深度净化处理，从而把尿液中的水分提取利用，实现了空间站水资源的循环利用，同时减轻了货运飞船的载荷负担，大大降低空间站的运营成本。
206所空间机电技术研究室主任崔广志介绍，经过水处理子系统净化后的再生水，超出国家相关标准要求，可以满足在空间站中长期驻留的航天员清洁、制氧等用途。
该项技术先后突破了气液两相流输送与分离、无润滑旋转动密封、尿液钙结晶与沉淀、蒸馏废气处理等十余项关键技术，实现了从“尿”中取“水”，填补多项国内技术空白。
“空间站尿液处理技术是国际公认的技术难题，也是我国空间站建造的关键技术之一。”该系统负责人206所科技委副总师李建冬介绍，尿处理子系统工作于微重力环境下，添加了预处理剂的尿液，具有强酸性、强腐蚀性与易结晶沉淀的特点，对于系统的机电运动部件长期可靠运行是极大的挑战。面对空间站产品的长寿命、高可靠性要求，团队综合考虑“机、电、气、液、热”等多方面因素，开展新技术、新材料、新工艺的摸索与试验验证，确保实现产品的长寿命、高可靠性指标要求。
“太空体重秤”——精准测量航天员的体重
航天员在太空失重环境下，如何测量其体重的变化？在天和核心舱里，就有一款“太空体重秤”——航天科工所属航天三江险峰公司研制的质量测量仪，它可以在微重力环境中精准测量航天员的体重，也可以测量食品包、尿袋和冷凝水箱等。它的成功使用，意味着中国成为继美国和俄罗斯之后第三个能在太空中测体重的国家。
据了解，在2012年发射的神舟九号飞船上，三名航天员曾利用这个质量测量仪顺利进行了人体、食品包、尿袋和冷凝水箱等各种测试，测量精度很高。在2013年发射的神舟十号飞船上，航天员王亚平还在太空课堂上对质测仪的工作原理和工作流程向观众们进行了讲解、展示。
目前，天和核心舱里的质量测量仪是2015年开始研制的第二代仪器。项目团队从测试稳定性、浪涌电流抑制、软件算法优化、工效学设计等方面入手，提高了其刚度和强度，优化了电缆布局、改进电路和电磁兼容设计、做好静电防护、加强多余物和微生物控制、进行元器件降额，使这款质量测量仪精度显著提高，测量结果也较上一代质测仪提高3～4倍，产品达到了国际先进水平，并获得4项专利。
【自己人都忽悠！#福岛核电站在测试仪上做手脚#，被核专家当场抓包】
尽管日本反复宣称福岛核电站要排放的核污染水经过处理后是“安全”的，但东京电力公司（后简称“东电”）过往的“黑历史”令人难以信任。
近日，日本原子能市民委员会会长、龙谷大学环境经济学教授大岛坚一更爆料称，当着一众核专家的面，福岛核电站的工作人员居然还在测试仪上做手脚，妄图蒙混过关，结果被当场抓包。
说起这事，大岛坚一都气笑了：“你说怎么信任他们（东电）呢？”
尽管日本反复宣称福岛核电站要排放的核污染水经过处理后是“安全”的，但东京电力公司（后简称“东电”）过往的“黑历史”令人难以信任。
近日，日本原子能市民委员会会长、龙谷大学环境经济学教授大岛坚一更爆料称，当着一众核专家的面，福岛核电站的工作人员居然还在测试仪上做手脚，妄图蒙混过关，结果被当场抓包。
说起这事，大岛坚一都气笑了：“你说怎么信任他们（东电）呢？”
【人造太阳：为开发核聚变能源探路】
眼下，合肥科学岛春光无限、生机盎然。小岛的中间地带，矗立着一座外形酷似宇宙飞船的大楼——中国科学院合肥研究院等离子体所；大楼深处，有一个大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置（中文名为东方超环，简称EAST），俗称“人造太阳”。
这座由我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置，多次创造出等离子体运行的世界纪录，代表着我国磁约束聚变研究在高温等离子体运行物理和工程方面的研究水平，为全人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
“人造太阳”长什么样？何时能造福人类？前不久，记者进行了实地探访。
一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源
尽管提前做了一些功课，当真正来到“人造太阳”面前，这个庞然大物依然让人震撼。装置主体高11米、直径8米、重达400吨，周围供电、冷却等辅助设备林立。其核心结构是一个像面包圈的环形磁容器“托卡马克”。
探访当天，“人造太阳”并未进行实验。大约十几名科研人员手持检测工具，在装置主体上下攀爬，进行设备维护和更新。装置零件数量巨大，材料和工艺完全依靠自主研发。从2006年建成至今，装置每年都会进行保养和零部件更新换代，确保实验的顺利进行。
俗话说万物生长靠太阳。在太阳内部无时无刻不在发生着核聚变，为大自然带来最普遍的能量来源。所谓“人造太阳”，是指充分利用这个科学原理，在地球上建造一套核聚变装置，像太阳一样发生核聚变反应，从而源源不断地产生能量。严格意义上讲，“人造太阳”的称谓并非专属于东方超环，凡是应用了类似原理的装置，都能这么称呼。
“人造太阳”重要性体现在哪里？
这要从核聚变能的优点说起。相比核裂变，核聚变没有放射性。氘和氚反应的生成物是氦气，对环境无害，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应会终止。核聚变的原料储量也很丰富，氘可以直接在海水中提取，氚则可以通过中子和锂反应产生。据估算，一升海水中提炼出来的氘经过核聚变反应释放出的能量相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。核聚变能凭借资源无限、清洁环保，不产生高放射性核废料等优点，是目前认识到的、可以最终解决全球能源问题的重要途径之一。一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源。
东方超环这座大科学装置对实现核聚变能有什么贡献？
中科院合肥研究院副院长、等离子体所所长宋云涛介绍，这座大科学装置的科学目标，正是从前期基础研究出发，对受控核聚变相关的前沿物理问题展开探索性实验研究，既着眼物理理论突破，同时验证工程上的可行性，为将来打造真正的商业聚变堆、电站打下基础。
太阳发生核聚变，主要依靠星球引力约束等离子体。可地球上没有那么大引力，要想让能量不失控，就需要借助磁场来约束。受控热核聚变的实现离不开超高温、超低温、超强磁场、超大电流、超高真空的极限环境，科学家们用磁场做成“托卡马克”这座“磁笼”，牢牢将高温物质控制住，磁场外面用真空隔绝，保护装置材料不被烧毁。
尽管主流可控核聚变方式不止有磁约束这一种，还有惯性约束、引力约束等，但磁约束在实验室条件下接近成功，也是国际上主流的研究方向。因此，托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径，是地球寻找聚变能源出路的希望。
在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出一系列创新成果
从5000万摄氏度放电30秒至60秒，再到百秒，再到1亿摄氏度运行20秒……东方超环不断刷新着放电纪录。如果能较长时间维持1亿摄氏度的高温，实现接近1000秒的放电时间，将证明人类距离解决核聚变商业化应用的步伐更进一步。
每一秒的增长，在科学上都具有极高的难度，背后是科研人员夜以继日的钻研和呕心沥血的付出。
实现受控热核聚变和稳态约束等离子体，是国际共性科学难题。根据物理学理论“劳森判据”，核聚变点火条件包括核聚变燃料的温度、密度和约束时间这三个要素。据等离子体所博士鄢容介绍，想实现聚变反应，首先要达到1亿摄氏度以上，使聚变燃料完全电离，并在保证等离子体密度的前提下，将高温等离子体维持相对足够长的时间，不泄露不逃逸，才可能释放出足够多的能量。托卡马克的高温物质，就像是一群正在嬉戏打闹的淘气孩子，很难控制。温度、密度、时间这三个要素缺一不可，相互协调到最佳状态，才能实现稳态约束。
除了科学实验难度高，作为集成系统，这个装置对工程配合要求也极高。据了解，整个大科学装置总共有48个窗口，零件数量相当于5架波音777飞机的零件总和。短短的数十秒运行中，任何一个零件失灵，任何一滴不该出现的水珠，任何一个停滞的环节，都会导致实验风险。科研人员不舍昼夜地实验、调试，就是希望能更精确掌握等离子体的基本特性，研究改进磁笼子的形态和性质，在看似杂乱无章的现象中发掘科学规律，提出长时间等离子体稳定约束的最佳运行方案。
大科学装置集高精尖技术于一身，其承载的意义早已不止追求科学目标本身。在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出了一系列重要的创新成果，形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块，推动一大批高新技术成果实现转移转化，实现了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。
比如，质子和重离子放疗是目前国际公认最尖端的放射治疗技术，一直被发达国家所垄断。等离子体所利用大科学装置的超导技术，积极研制国内首套具有自主知识产权的医用超导质子癌症治疗系统，将大幅降低患者治疗费用。
此外，等离子体还能治疗皮肤病，有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点；等离子体所将大科学装置离子束技术引入生物学科，致力于微生物新菌种的创制、发酵调控、产物分离分析及终端产品的研究和产业转化。
据介绍，我国的核聚变研究与国际基本同步，甚至在聚变某些技术领域确立了领跑地位，在超导、稳态控制、加热等方面巩固了中国特色。有国外期刊称赞“中国创造了聚变历史”“在这里科学价值得到极大体现”。
以东方超环项目为依托，科研人员参与了目前全球规模最大的国际科研合作项目
在国际科技合作方面，东方超环作为国际磁约束聚变装置中最前沿的国际开放平台之一，积极开展国际联合实验，促进了全面开放共享。
更重要的是，以这个项目为依托，我国科研人员参与了目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目ITER（国际热核聚变实验堆计划）。该计划的目标是在和平利用聚变能的基础上，探索聚变在科学和工程上的可行性。包含中国在内的多个国家参与了这个国家大科学项目，举多国合力向受控聚变实验堆迈进。
“东方超环很像ITER的缩小版，运行模式也都是采用了长脉冲高约束。我国科研人员在这个装置上摸爬滚打这么多年，每个材料都摸过，每个环节都练过，真正积累了等离子体运行的实际经验，能在科学原理和工程建设上为ITER提供宝贵参考经验。”宋云涛说。
当前，我国承担了ITER10%左右的采购包，其中七成由中科院合肥研究院等离子体所承担。科研人员勇于担当，直接争取到ITER最重要的核心设备“超导磁体”的建造任务。这个任务风险很大，但科研人员不畏艰难，高效高质交付了18个采购包制造内容，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件, 由上百家科研院所和企业承担。大电流高温超导直流电缆、脉冲高压变电站首台主变压器……自主研发的各项设备运到欧洲，获得了合作伙伴的高度认可。也正因为他们的出色表现，我国直接拿下了整个装置的总装任务。2020年10月，ITER计划启动主体安装工作，我国科研人员恪守承诺，确保安装进度正常。
参与ITER项目十几年，我国科研团队获得了深度参与国际科研合作项目的机会，积累了建造“人造太阳”的经验，在材料科学、超导技术等领域研发能力得到进步，为中国建造聚变工程实验堆（CFETR）奠定了基础。
“许多研究物理的年轻人通过在ITER的历练，开阔了眼界，锻炼了本领，回国后成为‘挑大梁’的骨干。”宋云涛说，许多与合肥院合作的国内企业，在生产超导材料、打造零部件方面达到水平一流，积累了国际工程管理、国际合作经验；一些企业甚至走出国门，拿到了国际订单。
“作为东方超环的科研团队，我们感到责任重大、使命光荣。近期，我们希望通过努力，向超高温度更长时间的放电努力，产出一批原创性、战略性、集成性创新成果；长期而言，我们盼望着能够实现大科学装置能量输出大于输入，争取在2040年前后建成聚变电站，让千家万户早日用上核聚变能源，实现清洁能源梦想。”宋云涛说。（记者 刘诗瑶）
来源：人民日报
眼下，合肥科学岛春光无限、生机盎然。小岛的中间地带，矗立着一座外形酷似宇宙飞船的大楼——中国科学院合肥研究院等离子体所；大楼深处，有一个大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置（中文名为东方超环，简称EAST），俗称“人造太阳”。
这座由我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置，多次创造出等离子体运行的世界纪录，代表着我国磁约束聚变研究在高温等离子体运行物理和工程方面的研究水平，为全人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
“人造太阳”长什么样？何时能造福人类？前不久，记者进行了实地探访。
一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源
尽管提前做了一些功课，当真正来到“人造太阳”面前，这个庞然大物依然让人震撼。装置主体高11米、直径8米、重达400吨，周围供电、冷却等辅助设备林立。其核心结构是一个像面包圈的环形磁容器“托卡马克”。
探访当天，“人造太阳”并未进行实验。大约十几名科研人员手持检测工具，在装置主体上下攀爬，进行设备维护和更新。装置零件数量巨大，材料和工艺完全依靠自主研发。从2006年建成至今，装置每年都会进行保养和零部件更新换代，确保实验的顺利进行。
俗话说万物生长靠太阳。在太阳内部无时无刻不在发生着核聚变，为大自然带来最普遍的能量来源。所谓“人造太阳”，是指充分利用这个科学原理，在地球上建造一套核聚变装置，像太阳一样发生核聚变反应，从而源源不断地产生能量。严格意义上讲，“人造太阳”的称谓并非专属于东方超环，凡是应用了类似原理的装置，都能这么称呼。
“人造太阳”重要性体现在哪里？
这要从核聚变能的优点说起。相比核裂变，核聚变没有放射性。氘和氚反应的生成物是氦气，对环境无害，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应会终止。核聚变的原料储量也很丰富，氘可以直接在海水中提取，氚则可以通过中子和锂反应产生。据估算，一升海水中提炼出来的氘经过核聚变反应释放出的能量相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。核聚变能凭借资源无限、清洁环保，不产生高放射性核废料等优点，是目前认识到的、可以最终解决全球能源问题的重要途径之一。一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源。
东方超环这座大科学装置对实现核聚变能有什么贡献？
中科院合肥研究院副院长、等离子体所所长宋云涛介绍，这座大科学装置的科学目标，正是从前期基础研究出发，对受控核聚变相关的前沿物理问题展开探索性实验研究，既着眼物理理论突破，同时验证工程上的可行性，为将来打造真正的商业聚变堆、电站打下基础。
太阳发生核聚变，主要依靠星球引力约束等离子体。可地球上没有那么大引力，要想让能量不失控，就需要借助磁场来约束。受控热核聚变的实现离不开超高温、超低温、超强磁场、超大电流、超高真空的极限环境，科学家们用磁场做成“托卡马克”这座“磁笼”，牢牢将高温物质控制住，磁场外面用真空隔绝，保护装置材料不被烧毁。
尽管主流可控核聚变方式不止有磁约束这一种，还有惯性约束、引力约束等，但磁约束在实验室条件下接近成功，也是国际上主流的研究方向。因此，托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径，是地球寻找聚变能源出路的希望。
在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出一系列创新成果
从5000万摄氏度放电30秒至60秒，再到百秒，再到1亿摄氏度运行20秒……东方超环不断刷新着放电纪录。如果能较长时间维持1亿摄氏度的高温，实现接近1000秒的放电时间，将证明人类距离解决核聚变商业化应用的步伐更进一步。
每一秒的增长，在科学上都具有极高的难度，背后是科研人员夜以继日的钻研和呕心沥血的付出。
实现受控热核聚变和稳态约束等离子体，是国际共性科学难题。根据物理学理论“劳森判据”，核聚变点火条件包括核聚变燃料的温度、密度和约束时间这三个要素。据等离子体所博士鄢容介绍，想实现聚变反应，首先要达到1亿摄氏度以上，使聚变燃料完全电离，并在保证等离子体密度的前提下，将高温等离子体维持相对足够长的时间，不泄露不逃逸，才可能释放出足够多的能量。托卡马克的高温物质，就像是一群正在嬉戏打闹的淘气孩子，很难控制。温度、密度、时间这三个要素缺一不可，相互协调到最佳状态，才能实现稳态约束。
除了科学实验难度高，作为集成系统，这个装置对工程配合要求也极高。据了解，整个大科学装置总共有48个窗口，零件数量相当于5架波音777飞机的零件总和。短短的数十秒运行中，任何一个零件失灵，任何一滴不该出现的水珠，任何一个停滞的环节，都会导致实验风险。科研人员不舍昼夜地实验、调试，就是希望能更精确掌握等离子体的基本特性，研究改进磁笼子的形态和性质，在看似杂乱无章的现象中发掘科学规律，提出长时间等离子体稳定约束的最佳运行方案。
大科学装置集高精尖技术于一身，其承载的意义早已不止追求科学目标本身。在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出了一系列重要的创新成果，形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块，推动一大批高新技术成果实现转移转化，实现了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。
比如，质子和重离子放疗是目前国际公认最尖端的放射治疗技术，一直被发达国家所垄断。等离子体所利用大科学装置的超导技术，积极研制国内首套具有自主知识产权的医用超导质子癌症治疗系统，将大幅降低患者治疗费用。
此外，等离子体还能治疗皮肤病，有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点；等离子体所将大科学装置离子束技术引入生物学科，致力于微生物新菌种的创制、发酵调控、产物分离分析及终端产品的研究和产业转化。
据介绍，我国的核聚变研究与国际基本同步，甚至在聚变某些技术领域确立了领跑地位，在超导、稳态控制、加热等方面巩固了中国特色。有国外期刊称赞“中国创造了聚变历史”“在这里科学价值得到极大体现”。
以东方超环项目为依托，科研人员参与了目前全球规模最大的国际科研合作项目
在国际科技合作方面，东方超环作为国际磁约束聚变装置中最前沿的国际开放平台之一，积极开展国际联合实验，促进了全面开放共享。
更重要的是，以这个项目为依托，我国科研人员参与了目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目ITER（国际热核聚变实验堆计划）。该计划的目标是在和平利用聚变能的基础上，探索聚变在科学和工程上的可行性。包含中国在内的多个国家参与了这个国家大科学项目，举多国合力向受控聚变实验堆迈进。
“东方超环很像ITER的缩小版，运行模式也都是采用了长脉冲高约束。我国科研人员在这个装置上摸爬滚打这么多年，每个材料都摸过，每个环节都练过，真正积累了等离子体运行的实际经验，能在科学原理和工程建设上为ITER提供宝贵参考经验。”宋云涛说。
当前，我国承担了ITER10%左右的采购包，其中七成由中科院合肥研究院等离子体所承担。科研人员勇于担当，直接争取到ITER最重要的核心设备“超导磁体”的建造任务。这个任务风险很大，但科研人员不畏艰难，高效高质交付了18个采购包制造内容，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件, 由上百家科研院所和企业承担。大电流高温超导直流电缆、脉冲高压变电站首台主变压器……自主研发的各项设备运到欧洲，获得了合作伙伴的高度认可。也正因为他们的出色表现，我国直接拿下了整个装置的总装任务。2020年10月，ITER计划启动主体安装工作，我国科研人员恪守承诺，确保安装进度正常。
参与ITER项目十几年，我国科研团队获得了深度参与国际科研合作项目的机会，积累了建造“人造太阳”的经验，在材料科学、超导技术等领域研发能力得到进步，为中国建造聚变工程实验堆（CFETR）奠定了基础。
“许多研究物理的年轻人通过在ITER的历练，开阔了眼界，锻炼了本领，回国后成为‘挑大梁’的骨干。”宋云涛说，许多与合肥院合作的国内企业，在生产超导材料、打造零部件方面达到水平一流，积累了国际工程管理、国际合作经验；一些企业甚至走出国门，拿到了国际订单。
“作为东方超环的科研团队，我们感到责任重大、使命光荣。近期，我们希望通过努力，向超高温度更长时间的放电努力，产出一批原创性、战略性、集成性创新成果；长期而言，我们盼望着能够实现大科学装置能量输出大于输入，争取在2040年前后建成聚变电站，让千家万户早日用上核聚变能源，实现清洁能源梦想。”宋云涛说。（记者 刘诗瑶）
来源：人民日报
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