惊！我国科学家在研造钢铁侠的核聚变装置

新华网合肥2月6日电 (记者 蔡敏) 我国新一代“人造太阳” 实验装置--位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)近日实现了跨国远程控制的等离子体放电。美国通用原子能公司(General Atomics USA)专家通过专用数据网，轻点鼠标即可轻松启动并运行地球另一端的中国核聚变实验装置。

中科院等离子体所副所长武松涛说，实现远程控制的等离子体放电，为未来建立更广泛的核聚变实验联合研究奠定了基础，也为未来围绕国际热核聚变实验反应堆(ITER)的多国参与的联合实验提供了榜样。

据介绍，进行跨国实验的美国通用原子能公司DIII-D核聚变实验室专家，通过专用数据网看到的实验数据及放电图像与中国科学家在控制室里看到的完全一样。他们在第一次跨国操作中，获得了电流250千安、时间接近5秒的高温等离子体放电。

武松涛说，鉴于各大洲存在的时差，具备跨国远程操作特性的EAST可以最大限度地开展物理实验，24小时运行。中国人白天实验，晚上交给美国人，今后还可以根据各自的时间，安排欧洲人适合的实验时段。科学家们紧锣密鼓的研究将加快实现人类用上核聚变能的梦想。

武松涛说，中国、欧盟、美国、韩国、日本、俄罗斯和印度7方共同进行的、将于法国建设的ITER，今后也将采取远程联合实验的方式，科学家们不需要都到现场进行操作。

2006年9月28日，耗时8年、耗资2亿元人民币的EAST首次建成并投入运行。在第一轮实验中，科学家们获得了电流超过500千安、时间近5秒的圆形截面高温等离子体。EAST成为世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置。它的建成，使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列。

新华网合肥1月25日电(杨文婷、蔡敏)继14日成功开始第二轮物理实验以来，我国新一代“人造太阳”实验装置——位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)近日首次获得了拉长比为1.7(即等离子体截面竖轴与横轴半径的比值)、时间3.7秒的非圆截面偏滤器等离子体。

远赴法国参加国际热核聚变实验反应堆计划相关会议的中国科学院等离子体物理研究所副所长武松涛在电话中向记者透露了这一成果。

“在全超导核聚变实验装置上获得这种位形的等离子体，在世界范围内尚属首次。”武松涛说，“非圆截面等离子体的获得非常重要，对于今后进一步发挥这一装置的功能将起到奠基作用。”

在去年9月进行的EAST第一轮实验中，科学家们获得了圆形截面等离子体。而获得先进的运行位形——非圆截面等离子体是本轮物理实验的主要目标之一，也是将来实施聚变反应堆计划所必需的等离子体位形。

偏滤器是未来聚变堆排灰及取能的部件。非圆截面偏滤器等离子体的获得，意味着可以把等离子体内部的杂质排出，从而使核聚变能的热量得以释放，推动汽轮机实现发电。由7国参与、计划在法国建造的国际热核聚变实验反应堆(ITER)将采用这一位形的等离子体。

2006年9月28日，EAST首次建成并投入运行。在第一轮实验中，科学家们获得了电流超过500千安、时间近5秒的圆形截面高温等离子体。EAST成为世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置。它的建成，使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列。

EAST第二轮物理实验是从1月14日开始的，计划将进行到今年2月10日左右。

进入3月，全球数千名从事核聚变研究的物理学家都在等待一份来自安徽合肥的实验报告。他们希望中国同行带来好消息，从而增强他们在不久的将来投入ITER(国际热核实验反应堆)建设的信心。

这个实验，是对一个类似ITER核心装置的大型设备进行联合调试，以确定其是否能正常运转。在实验所在地中国科学院等离子体物理研究所，它被称为“先进超导托卡马克实验装置(英文缩写为EAST)”。

50年来，在地球上模拟太阳内部的核聚变反应，并把产生的惊人能量稳定地输送到电站，一直是人类未能实现的梦想。但一些物理学家相信，这一天肯定会来临。他们希望通过ITER计划向持怀疑态度的政治家和科学家证明，核聚变是一种可行的能源来源。

正因为如此，EAST实验似乎“根本承担不起失败”，这让聚集在合肥的100名核聚变专家和工程技术人员深感压力。

几乎完美的能源

核聚变是能源危机的终结者吗？一些物理学家对此坚信不疑。

3月2日，一位负责给EAST降温的工程师就认为，聚变能是今后能够大规模甚至一劳永逸地解决人类能源问题的惟一途径。

“站在悬崖的边缘，我们只能再造一个‘太阳’，别无选择。”他说。

100年前，爱因斯坦预见了在原子核中蕴藏着巨大的能量。依据他提出的质能方程E＝mc2，核聚变的原理看上去极其简单：两个轻核在一定条件下聚合成一个较重核，但反应后质量有一定亏损，将释放出巨大的能量。

1939年，美国物理学家贝特证实，一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现揭示了太阳“燃烧”的奥秘。

实际上，太阳上的聚变反应已经持续了50亿年。在宇宙中的其他恒星上，也几乎都在燃烧着氢的同位素———氘和氚。

而氘在自然界中几乎“取之不尽”。科学家初步估计，地球上的海水中蕴藏了大约40万亿吨氘。从1升海水里提取的氘，在完全的聚变反应中所释放的能量，相当于燃烧300升汽油。如果把自然界中的氘用于聚变反应，释放的能量足够人类使用100亿年。

在实验室中，聚变反应的优点被不断发现——它产生的能量是核裂变的7倍，反应产物是无放射性污染的氦。更完美的是，未来的聚变电站会始终处于次临界安全运行状态，一旦出现意外，反应会自动停止，不会发生像三哩岛和切尔诺贝利那样的核泄漏事故。

1952年美国试爆了第一颗氢弹，促使科学家考虑如何控制核聚变反应在瞬间爆发的毁灭性能量，“人造太阳”之梦由此而始。

此后，石油、煤炭等化石能源日益枯竭，能源危机和温室效应步步逼近，获取新型能源已经变得十分迫切。虽然风能、水能、太阳能等可再生能源不断地被开发利用，但很难想象，它们能够完全替代传统能源。

超乎想象的难度

接下来的50年里，再造“太阳”的难度超出了所有科学家的预计。

马里兰大学的物理学家William Dorland在接受《自然》杂志采访时感叹，核聚变之所以进展缓慢，是因为“我们对等离子体的不稳定性和紊乱性知之甚少”。

由于存在巨大的引力场，在太阳核心1500万摄氏度、表面6000摄氏度的条件下均可轻松进行聚变反应。如果不需要控制能量输出，在地面制造核聚变也不是棘手的难题：氢弹就是把原子弹当“火柴”，来“点燃煤球”。

但要实现可控，过程则极为艰难。

科学家首先要把反应燃料加热到10万摄氏度，成为等离子体，即电子获得一定的能量摆脱原子核的束缚，原子核能够完全裸露出来，为碰撞做准备。然后他们要把这些等离子体继续加热到上亿度，使原子核拥有足够的动能克服库仑斥力，聚合在一起。

为了避免在瞬间产生巨大的能量，等离子体的密度必须维持在合适的水平。

做到了这一步，还没有真正实现可控。这些上亿度的等离子体，还必须在足够长的时间里“老实地呆在容器里”，使聚变反应稳定持续地进行，“不能以每秒超过1000公里的速度乱跑，也不能碰到容器的内壁”。

一个难题是，用什么来装1亿度高温的等离子体？

前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念，期望用“无形的河床来约束河水”———环行磁场。在磁场中，带正电的原子核会沿着磁力线做螺旋式运动。此外，高功率的激光束也被用来充当“魔瓶”。

尽管科学家突破了一个又一个障碍，但距离“太阳”的光芒依然遥远。

中国科学院等离子体物理研究所研究员邱励俭说，要让“魔瓶”亮起来，必须同时解决超大电流、超强磁场、超高温、超低温等极限环境，牵涉真空、磁场、控制、等离子体、原子核等诸多领域的科学和技术难题。

而这“需要全世界最好的科学家和工程师一起合作，需要数国财力的共同支持”。

乐观的估计

于是，ITER计划应运而生。

1985年11月，美国和前苏联倡议在国际原子能机构框架下，由美国、前苏联、日本和欧洲共同体四方参与，建设国际热核实验反应堆。第一个设计方案是于2010年建成一个实验堆，实现1500兆瓦功率输出，造价约需100亿美元。

这个雄心勃勃的国际大科学工程，自出生之日便命途多舛。

由于当时的石油价格仅10多美元一桶，能源危机并未显现，加上前苏联的解体和美国的退出，这个方案以及随后“缩小版”的新方案一度搁浅。

ITER的推迟，为中国、韩国和印度等国家提供了一个“呼吸的空间”。我国在2002年表示有兴趣参加ITER计划，并在2003年成为ITER谈判过程中的正式成员。

中国ITER专家委员会的一位委员说，因为对能源的迫切需求，中国才不惜血本加入ITER。根据合同，中国要承担整个项目100亿美元中10％，投入可谓史无前例。

随后，美国宣布重返ITER，韩国和印度也先后加入。2005年6月28日，在一片争吵声中，ITER的建设地点最终落在法国南部的卡达拉舍。

政治角逐结束，科学家们走向前台，他们期望这个地球上最昂贵的科学设备能带来新能源的曙光。“毕竟，我们有了场地，可以做实验了。”哥伦比亚大学物理学家Gerald Navratil说。

但是，ITER只是一个实验堆，离发电依然十分遥远。如果获得成功，它的下一步是建造商业示范堆，目的是验证商业可行性；最后还要建造商业运行堆，以验证经济可行性。

“完成这些过程可能还需要50年。”中国科学院等离子体物理研究所所长李建刚强调。他乐观地估计，“人造太阳”的出现，不会超过100年。

东方的曙光

在2005年7月21日出版的《自然》杂志上，来自英国原子能研究部门的物理学家David Ward打了一个赌。“我愿意和你赌100美元，别的核聚变装置会比ITER更先开始工作。”他说，“在欧洲，我们对聚变反应的前景很乐观。”

位于中国合肥的EAST就有可能是这样一个装置。

3月7日，EAST进入降温实验的第18天，邱励俭在工程日志上记下了一个数字。他说，在这个数字的低温下，EAST的超导线圈进入超导态，此次实验最重要的一个目标已经达到。

他们计划在今年7月份前后进行首次放电实验。

1954年，前苏联设计成功托卡马克(意为环行真空磁线圈)装置。此后，全世界建造了上百个托卡马克装置。其中，欧洲联合环(JET)在1991年11月将氘氚混合燃料加热到了3亿摄氏度，获得1分钟的等离子体放电。

但是在强电流作用下，常规托卡马克的磁线圈同样会发热。为了解决这个难题，科学家将超导技术成功应用于磁线圈，建成超导托卡马克。

邱励俭介绍，目前世界上的超导托卡马克，只有法国的Tore－Supra和中国的HT－7能正常运行。

HT－7是前苏联赠送给中国的一套实验装置，经过中国科学家的改进，它在2005年12月14日获得了1000万摄氏度、持续306秒的等离子体放电。这个结果，离法国的Tore－Supra只有一步之遥。

几年前，中科院等粒子体物理研究的专家们开始设计更先进的EAST，这是一个高5米、内直径7.62米、重达400多吨的庞然大物。作为世界上第一个全超导托卡马克，它与ITER的核心装置非常接近。专家们为此花费了6年时间，前后投入经费达3亿元人民币。

“一旦它运行成功，能够为未来降低ITER的风险提供十分宝贵的经验。”李建刚说。

认识到生态环境的极端重要性，承德市先后实施“三北”防护林、再造三个塞罕坝、京津风沙源治理、退耕还林、草地生态综合治理等重大生态建设工程，使得承德的森林覆盖率以平均每年1个百分点的速度上升。特别是在国家实施京津冀协同发展战略中被确定为首都水源涵养功能区和生态支撑区以来，承德每年的植树造林总面积都在以70万亩以上的速度增长。

在此过程中，河北省专门出台文件，支持承德国家可持续发展议程创新示范区建设。承德市也先后出台《承德市水源涵养功能区保护条例》《关于加快京津冀水源涵养功能区建设的若干意见》，并划定生态保护红线逾1.6万平方公里，占国土面积的42.06%。同时在全国地级市中第一个公开自然资源资产负债表，在全省第一个制定水源涵养地方立法，在全省第一个开展领导干部自然资源资产离任审计和《生态环境损害责任终身追究制度》。

丰宁县曾是承德生态环境破坏最为严重的区域之一，全县8765平方公里的国土面积中，有2730平方公里出现严重沙化，其中，小坝子乡是离北京最近的风沙源。

小坝子乡党委书记王艳国告诉记者，通过近20年的努力，各方累计投入8000多万元，造林11.5万多亩，恢复草场6万亩，目前，小坝子乡土地沙化面积已经减少了六成多。该乡榔头沟村村民周庆荣说：“当初在细沙中种活一棵树可真难。先得从几公里外运来黄土，倒在挖好的沙坑中，然后再栽树苗。沙地易渗水，必须经常浇，等树的根系长大，这个过程就需要四五年时间。为了种活树，大家每天都要往返几里路去挑水。”即便如此，树的成活率也只有70%左右。但是，全村200余口人经过5年的艰苦付出，终于将千亩沙地变成了绿洲。

如今，丰宁林地面积达到753亩，覆盖率达到57.5%；承德全市林地面积达到3521.8万亩，森林覆盖率达到59.45%。完成退化草地治理768万亩，草原综合植被覆盖度达到73.6%以上，森林草原覆盖率居华北第一位。

“要青山，还得要绿水”。通过实施生态涵水、工程治水、管理节水、环保净水、产业兴水、借力保水六大工程建设，承德涵养水源能力比新中国成立初期上升了30倍，四大水系年均自产水量达到37.6亿立方米，年均向京津供水22亿立方米。

为了让承德清水持续不断地润泽京津，承德市先后与北京市密云区、怀柔区签署潮河流域联防联建联治协议，与内蒙古锡林郭勒盟多伦县建立水环境协调机制。并设立4936名河长、8056名河湖管理员、404名河务警务人员责任管理机制，实现了全市1500条河流全覆盖，总长1.28万公里；投入42.3亿元，实施“水污染防治三年百项重点工程”，完成城镇污水管网新改扩建300余公里，城市和县城污水处理率分别达到95%和90%以上。

做大绿色产业

产业结构调整负重爬坡

沿着陡峭的盘山公路蜿蜒而上，经过大约半个小时车程，在海拔1505米的坝头山梁，只见一处山坳之中，一条120米高的大坝将两个山梁连在一起，即将形成一个总库容量达5800万立方米的高山水库。

“这个正在建设的项目是全球装机容量最大的丰宁抽水蓄能电站，总装机规模360万千瓦，总投资192.37亿元。目前土建工程已经接近尾声，全面进入了设备安装阶段，首台机组将于2022年6月投入发电。这座电站建成之后将有力支撑‘外电入冀’战略实施，破解‘三北’地区弃风、弃光困局，提高可再生能源利用率。同时，该电站可以在5分钟内由满负荷抽水转变为满负荷发电，提供360万千瓦的事故支援能力，从而提高电网安全运行质量。每年可节约原煤消耗48万吨，减排二氧化碳114万吨。”丰宁抽水蓄能电站党群部部长李建刚告诉记者。

“推进区域经济社会建设实现可持续发展，转变发展方式，建设绿色、高效的产业体系是重要支撑。”承德市市长常丽虹表示，目前承德的生态环境建设已经迈出了坚实的步伐，但产业结构调整仍在负重爬坡，可持续发展议程创新示范区建设的一个重要着力点就是淘汰落后和过剩产能，建立绿色高效的产业体系。

出于这样的认识，承德市采用“两手抓两手都要硬”的措施狠抓产业调整。

首先，采用硬手段淘汰落后和过剩产能。先后取缔“散乱污”企业454家；压减炼钢产能430万吨、炼铁产能186万吨、煤炭产能15万吨，推广供应洁净型煤79.7万户，累计治理责任主体灭失矿山120处，复垦披绿矿山62平方公里。

其次，采取硬措施发展绿色产业。因地制宜将文化旅游医疗康养、钒钛新材料及制品、清洁能源三大优势产业做强，同时培育壮大大数据、绿色食品及生物医药、特色装备制造三大特色产业。仅去年一年，就实施亿元以上绿色产业项目281个、完成投资405亿元；绿色产业增加值占GDP比重提高5个百分点，服务业对经济增长的贡献率超过70%。

这当中，休闲旅游业成为承德实现可持续发展的一号支柱产业，该市将国家历史文化名城和华北第一森林绿化城市相结合，成功建设开发和完善了国家一号风景大道等项目，全面开展“旅游+历史文化”“旅游+森林湖泊”“旅游+冰雪运动”“旅游+乡村休闲”等业态创新，使承德旅游业实现了从“一季游”向“四季游”的转变，2019年接待境内外游客8271.09万人次，实现旅游收入1055.67亿元，分别比上年增长18%和22%。

改善群众生活

生态建设推动脱贫增收

近一年，围场县六合店村村民韩凤祥喜事不断：去年7月，免费领到80只母羊、1只公羊；去年底，脱贫出列；今年，家里的母羊产羔150多只，预计能获得纯收益10万元以上……

韩凤祥曾是村里的羊倌，以前整天赶着羊群满山跑，后来草光了、山秃了、羊也没了。“那时才知道，生态不行啥也干不成。”他说。2013年起，围场实施全年、全域、全天候禁牧，山坡重披新绿。

2017年，承德与天津开展东西扶贫协作，引进天津食品集团在围场实施“百万只优质肉羊产业化扶贫项目”。为了让更多群众加入“生态羊”养殖行列，津垦奥牧业公司推出了“投母收羔”带动一批、“份养自繁”扶持一批、“入股分红”助力一批等“七个一批”扶贫模式。韩凤祥就是“份养自繁”套餐的受益者之一。

“实施可持续发展示范区议程创新，根本出发点和落脚点都是为了改善群众的物质文化生活。而对于承德这个河北最大的贫困地区来说，实施好脱贫攻坚战略，全力帮助困难群体，实现在整体小康道路上不让一个人掉队则是最为重要的问题。”紧紧围绕这一目标，承德实施了一系列创新行动——在生态建设中创出“一林生四财”、在产业化带动中实施园区带动“三零”扶贫、在农村集体产权改革中实施“一地生四金”、在乡村旅游中实施“两转三带”扶贫模式……为全市农村群众增产增收、脱贫攻坚打下了坚实基础。

推动区域经济发展，一定要注重综合效应。在承德这个相对贫困的农业大市中，如何让农业、农村转变落后面貌，走上现代化发展的快车道？承德市确定了一条以“三区同建”推进“三化互动”的发展思路，就是用新型农村社区、现代产业园区、乡村生态功能区作为主要载体，通过深度开发，使得全市在城镇化、产业化、生态化的互动互促上迈出新步伐。

通过这样一系列创新，承德自“十三五”时期以来，建成了162个集中安置新型农村社区，使得10万多户不适宜居住区的群众住进了整体搬迁安置小区；建设了166个现代农业产业园区和总面积达百万亩以上的乡村生态功能区，让产业化和生态化跨上了新台阶。其中，仅丰宁一县就建设集中安置项目28个，集中安置4080户、1万多人，涉及24个乡镇的67个行政村、153个自然村。