中国高校的一次“夸父逐日”

大地被清新的绿意覆盖，天空中是呈树状延伸的恢宏城市，数不清的飞行交通工具穿梭于城市之间；地球成了人类的理想乐土，饥饿被消灭，战争不复存在，人类将视线投向了太空；苍穹的尽头，无数庞大的战舰正在宇宙中巡航，人类的足迹早已踏遍太阳系的每一个角落……

这是刘慈欣在其科幻小说《三体II：黑暗森林》中描绘的未来图景。在小说中，那个尖端物理科技依旧被“智子”封锁的年代，人类依靠某项“永动机”般的技术，实现了不可思议的蜕变。

这项技术，名为可控核聚变。

·知识链接·

从“0”到“1”，中国的“人造太阳”之路

早在1955年，“两弹一星”功勋奖章获得者钱三强和核物理学家李正武等科学家便提议开展中国的“可控热核反应”研究，这与国际社会关注核聚变几乎同步。

1965年，在四川省乐山市郊区，我国建起了当时国内最大的核聚变研究基地——西南物理研究所，这也是中核集团核工业西南物理研究院（以下简称“核西物院”）的前身。

1984年，中国环流器一号实验装置建成运行，标志着我国可控核聚变研究进入世界前沿；2002年，核西物院建成中国环流器二号A装置，它是中国第一个具有偏滤器位形的大型托卡马克装置，等离子体的电子温度达到5500万摄氏度；2020年，中国新一代“人造太阳”——中国环流器三号正式建成并实现首次放电，其等离子体电流可达300万安培（3兆安），等离子体的离子温度达到1.5亿摄氏度，性能位居世界第一方阵。2022年，核西物院传出消息，全球最大的“人造太阳”核心部件国际热核聚变实验堆（ITER）增强热负荷第一壁完成首件制造，这标志着我国全面突破ITER增强热负荷第一壁关键技术……

现实中，可控核聚变技术也是人类追求的目标之一，全球有多个核聚变实验项目正在进行中。中国作为核聚变领域的重要参与者和贡献者，也自主设计建造了多个托卡马克装置，其中最先进的一个是全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。

而人工可控核聚变设备，也被称作“人造太阳”，之所以将其称为“人造太阳”，一方面是因为核聚变的原理和太阳内部的情况极为相似：在高温之下，氘和氚反应产生氦和中子，并释放出大量能量；另一方面是因为太阳是地球上几乎所有能源的直接或间接来源，“人造太阳”代表着人类将从更多维度上获取能源。

大道至简，然而再造一个“太阳”，难度堪比“夸父逐日”。

我国能在该领域不断取得成绩，国内部分高校在其中发挥了重要作用。

华中科技大学

明德厚学，求是创新

追逐“人造太阳”

如果有人问世界上最难的科学研究是什么，那中国工程院院士、华中科技大学电气与电子工程学院教授潘垣的回答，毫无疑问会是磁约束核聚变。如何将这一“科幻”照进现实，多年来他一直在探索。

1984年，潘垣教授参与主持建成了我国第一项重大科技基础设施——中型托卡马克实验装置中国环流器一号。

建造中国环流器一号时，所需的参考材料极为缺乏，工程设计人员手里仅有4页介绍苏联相关装置概况的文章，至于装置的每一个部件具体该怎样设计，需要自己去摸索琢磨。“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，甚至更晚。此外，装置很复杂，我们只能一边画一边思考、讨论，反复修改。”潘垣教授回忆道。

此外，潘垣教授还与外部的工厂合作，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，这两台80兆瓦的交流脉冲发电机是当时中国容量最大的发电机，为中国核聚变的发展提供了强大的动力，至今仍在使用。

终于，在不断的努力下，1984年9月21日，中国环流器一号实验装置研制成功。它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入规模物理实验阶段，为我国受控核聚变的研究和发展提供了重要的实验平台，成为我国受控核聚变研究和发展的一个里程碑。

中国环流器一号研制成功后，核聚变的相关研究便一直是潘垣教授的核心工作。2016年，潘垣教授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。

从2002年起，潘垣教授全程参与了ITER计划在我国的立项论证工作。ITER计划，全称国际热核聚变实验堆计划，倡议于1985年，并于1988年开始进行实验堆的研究设计工作，是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。

作为我国参与ITER计划的发起人之一和首批国内ITER专家委员会五名成员之一，潘垣教授前瞻性地引进和建设了我国高校唯一的J-TEXT聚变实验装置。该装置被ITER国际科技顾问委员会列为散裂弹丸破裂缓解研究四大装置之一（其他三台为美国的DⅢ-D装置、欧盟的JET装置和韩国的KSTAR装置）。

依托J-TEXT聚变实验装置，潘垣教授带领团队针对ITER计划中最突出的科技问题——“等离子体大破裂的抑制与保护”，开展了十几年的理论与实验研究。当前，潘垣教授和团队已成为ITER计划中不可或缺的中国力量。

牵头建设大科学装置

据华中科技大学官网消息：湖北省发改委正式批复了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的建设意见书，这标志着华中科技大学提出的这一项目正式获批立项。

此次获批的磁约束氘氘聚变中子源预研装置，由华中科技大学牵头，主要基于华中科技大学潘垣院士团队提出的原创性方案，是研究聚变能研发中的聚变堆材料等关键科学技术问题的科技基础设施。

“该装置的等离子体密度要比托卡马克的等离子体密度高出百倍，温度也比托卡马克的温度高出5倍，这些都是创世界纪录的。我今年已经90岁了，这是我的收官之作。过去中国还在跟随世界潮流，现在这个项目，从原理到技术都是我们中国人自主创新的。我有充足的信心，我们一定能攻克‘燃烧等离子体’。” 2023年，90岁高龄的潘垣院士说。

该项目建设期为5年，是对场反位形进行应用的实验平台，将开展等离子体相关技术的研究，并确定等离子体磁压缩过程中物理参数与工程参数的关联规律及工程设计定标律。此外，该项目建成后，将为ITER计划以及未来聚变堆关键的氚增殖包层和材料研究等提供实验条件。

该项目将以“开放、共享、共用”的原则面向多用户、多领域，从而促进科学研究和国内外交流的开展，提升我国在聚变新位形领域的原创研究能力、国际影响力与人才培养能力。

华中科技大学名片

华中科技大学校景

华中科技大学由原华中理工大学（前身为1952年国家筹办的华中工学院）、原同济医科大学（前身为1907年德国埃里希·宝隆创办的德文医学堂）、原武汉城市建设学院（前身为1952年12月创建的中南建筑工程学校）于2000年5月26日合并成立。

如今，华中科技大学是教育部直属的重点综合性大学，是国家“211工程”和“985工程”重点建设高校，也是“双一流”建设高校。

在第四轮学科评估中，学校的机械工程、光学工程、生物医学工程、公共卫生与预防医学4个学科获评A+，新闻传播学、电气工程、计算机科学与技术3个学科获评A，物理学、生物学、控制科学与工程、临床医学、公共管理、工商管理、动力工程及工程热物理7个学科获评A-。

·学校成就·

依托强劲的科创底蕴，华中科技大学踔厉奋发、接续奋斗，汇聚起建设世界一流大学的磅礴力量，向着提高我国综合国力和核心竞争力的目标攻坚克难，众多科创成果闪耀世界舞台。

华中科技大学研发出的一系列高性能新型模具钢，打破国外垄断；研制出的“601大型程控交换机”，被誉为“中国民族工业的骄傲”；原创性提出的灰色系统理论，产生了广泛的世界影响；而学校的脉冲强磁场实验装置自建成以来，创造了64T脉冲平顶磁场等多项脉冲磁场参数世界纪录……

此外，华中科技大学还在全国以及世界科创史中书写了多项“首个”，留下了浓墨重彩的一笔——率先开展临床肾、肝移植，创建全国首个器官移植研究所；首创的“双氧水心脏声学造影法”，在国内外得到广泛应用……

而“幽灵”双曲极化激元电磁波、新一代相变存储器芯片、掌握国际话语权的100kW高功率光纤激光器、显示亮度增强6万倍的“点亮肺部”MRI（磁共振成像）等多项具有突破性的成果都镌刻着“华科大印记”。

如今，以武汉光电国家研究中心、国家脉冲强磁场科学中心、精密重力测量国家重大科技基础设施、国家数字化设计与制造创新中心为代表的华中科技大学“科技力量”已成为代表国家参与全球科学技术竞争的主力军之一。

大连理工大学

追求卓越，勇攀高峰

让“人造太阳”从中国升起

35年前，年轻的段旭如意气风发地走进大连工学院的校门，梦想的种子开始落地生根；35年后，在核西物院的控制大厅内，副院长段旭如目光如炬，梦想已悄然开花结果。

“核聚变其实很安全，一旦发生事故，聚变就会自动停止，所以无须‘谈核色变’。聚变所采用的燃料——氘，在海水中含量丰富，从1升海水里提取的氘，在完全聚变反应后，能释放出相当于燃烧了300升汽油的能量，且其反应物氦没有放射性。”段旭如说。

为了寻找能够打开人类能源大门的“金钥匙”，段旭如带领团队一路攻坚克难，不断跨越人类能源道路上的一座座高山。“搞科研要耐得住寂寞，也要有执着的精神。”在材料、工艺等各个专业的协作以及团队的通力配合下，段旭如带领团队取得了等离子体诊断、等离子体约束改善与运输等方面的创新成果，且在完成技术积累的同时，也实现了中国核聚变事业人才的积累。

“参与ITER计划能够贡献中国智慧”，作为核聚变研究领域的领军人之一，段旭如充满信心，“在高密度条件下，等离子体的温度达到1亿摄氏度以上时，可使数目可观的粒子具有足够的动能克服原子核间的斥力而实现核聚变反应，从而产生可观的聚变能。为具备开展堆芯等离子体研究的条件，我国科学家正努力进军1亿摄氏度！”

从大连理工大学到核西物院，段旭如实现了“无缝连接”。在大连理工大学培养起来的踏实的品格及扎实的专业功底，让段旭如能很快融入新的学习和生活中，成为研究院里的“拼命三郎”。“母校教给我做人做事要踏踏实实的品格，让我一生受益匪浅。”段旭如用自己的一言一行感染着身边的人，也传承着母校的红色基因。

深耕可控核聚变领域

大连理工大学在可控核聚变领域，深耕已久。

早在20世纪80年代，学校众多师生便参与到我国首个自主设计研发的托卡马克装置——中国环流器一号的建设中，开展等离子体波加热、铁芯变压器数值模拟、等离子体平衡计算等物理研究，以及对托卡马克等离子体中磁流体力学等相关问题进行研究，同时筹建相关的实验室（现三束材料改性国家重点实验室）。

2002年后，随着中国环流器二号A装置的建成，大连理工大学师生开始对托卡马克等离子体不稳定性等相关问题进行研究。

2007年，中国正式加入国际热核聚变实验堆（ITER）组织，进入磁约束聚变领域快速发展新阶段。基于前期的研究，大连理工大学先后承担了包括国家科技部“973”项目、ITER计划专项、中国磁约束聚变能团队项目和人才专项等在内的一系列重大项目，获得了包括国家杰出青年科学基金、优秀青年科学基金等在内的多项国家级科学基金的支持。

2008年2月，大连理工大学与国内多家高校联合成立磁约束核聚变教育部研究中心。2019年，大连理工大学与国际热核聚变实验堆（ITER）组织正式签署合作协议，在科学数据共享、人才培养、开展联合研究等方面进行全方位合作。2023年5月，大连理工大学物理学院与中国科学院等离子体物理研究所签署战略合作协议。

目前，大连理工大学在磁约束等离子体的芯部及边界物理、等离子体诊断、等离子体和材料的相互作用、核材料以及相关问题的计算机模拟研究等多个方面建立了扎实的研究基础。

大连理工大学名片

大连理工大学校景

大连理工大学是中国共产党在新中国成立前夕，面向新中国工业体系建设亲手创办的第一所新型正规大学。如今，大连理工大学是教育部直属的全国重点大学，是国家“211工程”和“985工程”重点建设高校，也是“双一流”建设高校。在第四轮学科评估中，学校的机械工程、化学工程与技术获评A，力学、土木工程、环境科学与工程、管理科学与工程、工商管理获评A-。

·学校成就·

学校成立之初，大师云集。学校主要创始人之一的屈伯川，为了招揽精英人才四处奔走，费尽心力请来了多位行业翘楚，搭建了当时十分“豪华”的师资团队：被誉为“中国光学之父”的王大珩担任应用物理系主任；中国计算力学工程结构优化设计的开拓者钱令希担任数理力学系主任；中国军事通信工程的奠基人毕德显担任电机系和电信系主任；国内催化科学奠基人之一的张大煜担任化工系主任；国内内燃机事业先驱者之一的胡国栋担任机械工程系主任；国内水利工程事业开拓者之一的李士豪担任土木系主任……

在他们的努力下，学校培养出了各领域的栋梁之材，包括中国第一任核潜艇总设计师彭士禄；“中国基波风动第一人”俞鸿儒等优秀技术人才；冶金工业部原部长戚元靖、招商局集团前董事长傅育宁、中国兵器装备集团董事长许宪平、大连理工大学现任校长贾振元等杰出校友……

此外，大工人与国同呼吸，秉承强烈的责任担当，奋斗在现代化建设的最前线，创造了第一颗返回式卫星、第一艘核潜艇、第一枚液体燃料探空火箭、第一座砼斜拉桥与T形刚构体系桥梁、第一个现代化油港、第一个现代化渔港、第一个现代化军港、第一台激光器、第一台4.5兆伏静电加速器、第一台激波管、第一台微波气象雷达、第一根无缝钢管等重大科研成果……

东华理工大学

因核成名，以核成势

寻找约束能量的“容器”

当今社会，一切物质生活都建立在能源的基础上，然而，地球上的化石能源正在逐年减少，能源的开采难度也愈来愈大，人类未来可持续发展的唯一出路就是寻找新型能源。

可控核聚变——以原料丰富和几乎无污染的优势成为能源的最佳之选。然而，可控核聚变的温度高达上亿摄氏度。什么样的装置才能将上亿摄氏度的物质约束在一处，使其能够持续不断地产生能量，以供人类使用呢？

科学家们立刻想到了磁场，因为在上亿摄氏度的高温下，物质会呈现等离子态，这时它们便可以被磁场约束。因此，实现可控核聚变的关键，是设计出一款能够约束超高温等离子体的磁场装置。

2019年，针对我国基础科研发展战略的需求，东华理工大学张国书教授在国内首次提出了发展“天环一号”悬浮偶极场磁约束等离子体物理大科学实验装置的计划。这一计划获得了江西省重点研发计划项目经费的支持，张国书教授由此负责研发我国第一个悬浮偶极场聚变实验装置——“天环一号”（CAT-1 China Astro-Torus No.1）偶极场聚变实验大科学装置。

据张国书教授介绍，偶极场是区别于托卡马克、仿星器等线圈内部约束等离子体的一种新的磁约束聚变途径，具有结构简单、极高比压及不破裂等独特的等离子体物理性能优点。此外，未来偶极场聚变堆还具有无 14MeV 中子、无氚自持及低热通量等优点。目前世界上只有美国麻省理工学院和日本东京大学分别建造的 LDX 和 RT-1 两个偶极场聚变等离子体装置。

张国书教授带领项目团队，通过吸收和消化国外先进的思想和经验，以及结合国内的实际情况，开展自主物理和数值方程建模、程序及关键技术研制等，同时，团队面向市场经济，主动将装置新技术开发为市场产品，取得了显著的经济效益。

为我国核工业系统培养优秀人才

东华理工大学依托国防工业紧缺专业、国家级特色专业、国家卓越工程师培养计划等项目，全力进行一流核专业建设的探索与实践。

2006年，东华理工大学在核工程与核技术专业的基础上率先增设3个国控紧缺核专业，经过多年的建设与发展，这3个专业为我国核工业系统培养了大批急需专业人才，且近50%的毕业生扎根于核工业西南、西北等地区的单位。此外，学校也与部队联合培养了161名国防生，为海军、火箭军等部队输送了特需核专业人才。

学校还构建了专业—课程群—课程“三位一体”联动的思政教育教学模式，多元协同，把爱国主义教育、国防教育和核工业精神、“两弹一星”精神融入核专业的建设和人才培养中，为我国核燃料循环企业培养了一批爱岗敬业、艰苦奋斗的核专业人才，也为我国国防和核工业输送了一批核专业人才。学校也坚持创新应用型人才培养定位，通过产出导向、产学研协同等来培养学生的创新实践能力。此外，学校还加强了与中核集团、中广核集团等单位的产学研合作，建成了28个校外实习就业基地；与中国核学会等组织开展协同育人，拓展了核特色创新创业教育；指导学生参加国家级大学生创新创业训练项目与科技竞赛，学生获首届全国“核+X”创意大赛一等奖（全国仅2项）等多项国家级、省部级奖项……

东华理工大学名片

东华理工大学的前身是创办于1956年的太谷地质学校。学校1958年迁址太原并更名为太原地质专科学校（本科）；1959年迁至江西省抚州市，更名为抚州地质专科学校；1978年更名为抚州地质学院；1982年更名为华东地质学院；2002年更名为东华理工学院；2002年和2003年江西省国防科技工业学校与抚州师范专科学校先后并入；2007年更名为东华理工大学。

东华理工大学校景

东华理工大学是江西省人民政府与国家国防科技工业局、自然资源部、中国核工业集团有限公司共建的具有地学、核科学特色，以理工为主，经、管、文、法、教、艺兼备的综合性大学，其坚持“为核成立、因核成名、以核成势”的发展思路，高擎“核学”“地学”两杆大旗，为国家国防军工事业和地方经济社会发展输送了25万余名各级各类专业人才，被誉为“中国核地学人才摇篮”和“世界原子能事业的宝贵财富”。

·学校成就·

学校培养的一大批优秀人才活跃在国民经济建设的第一线，如广东全省核能事业从事者有40%来源于东华理工大学，有20%的骨干也毕业于东华理工大学。在“敦本务实、崇义奉公”校训的熏陶下，一批在核地行业“下得去、留得住、立得起、干得好”的校友长期扎根在艰苦地区，以东华理工人特有的勤恳踏实作风，为母校赢得了声誉。此外，东华理工大学也有自己的“群星方阵”：中国科学院院士龚健雅，核工业北京地质研究院院长李子颖，美国劳雷工业公司总裁方励，大唐集团副总经理王森，国家国防科技工业局总工程师龙红山，广东正业科技股份有限公司董事长徐地华，李四光地质科学奖获得者颜丹平……

东华理工大学还获得过许多荣誉，如“铀资源勘查与环境监测中的核辐射探测技术及系列仪器”项目，已在国家、国防及行业技术标准中得到推广应用，产生了显著的社会效益和经济效益；系列化专用型核辐射探测仪器设备，在贝谷科技有限公司实现了规模化生产，年均产值超2亿元；“直接质谱分子电离原理与方法学研究” 项目突破了经典电离理论的限制，解决了经典质谱分析技术无法对复杂基体样本进行快速、实时、在线、原位、活体分析的瓶颈问题，获得江西省自然科学奖一等奖。

除了以上高校，毕业于哈尔滨工程大学船舶核动力专业的李建刚，为了造出属于中国的“人造太阳”，至少做了20万次相关实验，其中4万多次都宣告失败，然而，正是这一次次的失败，正是这样日复一日枯燥的实验，才让中国的“人造太阳”计划不断成熟；毕业于电子科技大学的李波从电气工程及其自动化专业“跨界”到核聚变研究领域，一点点地学习关于“人造太阳”的知识，并带领团队稳扎稳打分析研判，历时两年完成中央实验控制系统的研制……

为什么核聚变能让人如此追求和探索？因为从1升海水中提取的氘，在完全聚变反应后，可释放相当于燃烧了300升汽油的能量，如果“人造太阳”的愿望成真，那占地球表面积70%的海洋中含有的氘燃料，足够人类使用上百亿年。