走近“人造太陽”等大科學裝置,看基礎研究如何賦能產業發展 | 「DBA 跨界科創輕課堂」之合肥③
發布時間:2023-06-27 17:05
2023年4月12日晚9時,正在運行的世界首個全超導托卡馬克EAST裝置獲重大成果,實現了403秒高約束模等離子體運行,創造了新的世界紀錄,這就是位于合肥科學島上的“人造太陽”。
“人造太陽”旨在在地球上模擬太陽的核聚變,利用熱核聚變為人類提供清潔能源。核聚變具有安全、潔凈、資源無限3大優點,“人造太陽”也有望讓全人類獲得“能源自由”。
2023年6月21日上午,長江商學院「DBA 跨界科創輕課堂」來到位于合肥蜀山湖畔的科學島上,走近“人造太陽”等大科學裝置,了解前沿基礎科學研究的概況和應用。
在這座三面環水、遠離喧囂的科學島內,除了“人造太陽”全超導托卡馬克核聚變實驗裝置,還有包含穩態強磁場實驗裝置在內的多個大科學裝置,科學的神秘與探索的熱情在這座小島相互交織。
大科學裝置的潛在變革性力量
EAST實驗裝置可以對受控核聚變相關的前沿物理問題開展探索性的實驗研究,通常被稱為“人造太陽”。太陽每天釋放出大量的光和熱,因為它的內部不斷進行核聚變,“人造太陽”的反應原理和太陽一樣。

“EAST物理實驗取得的系列重大突破,完全驗證了EAST高參數長脈沖穩態運行的能力,進一步驗證了未來聚變實驗堆高約束模式穩態運行的可行性。”

中國科學院合肥物質科學研究院院長劉建國這樣說,同時也表示,這對探索未來聚變堆前沿物理問題,提升核聚變能源經濟性、可行性,加快實現聚變能應用具有重要意義。
他提到,近年來,科學島上的EAST裝置性能不斷提升,裝置運行區間不斷擴展,取得了多項國際托卡馬克運行的重大標志性成果。EAST裝置取得的系列重大創新成果為國際熱核聚變實驗堆ITER運行和我國自主建設運行聚變堆提供了重要的實驗基礎。

核聚變能源的原材料在地球上極其豐富,且排放無污染,如果能創造一個“太陽”來發電,人類有望實現能源自由。而此次EAST裝置打破紀錄,無疑也為人們打開了新的窗口。
人類社會的每一次關鍵性變革都和能源有關,可以設想一下,如果“人造太陽”真正代替現有能源,人類的生活將發生翻天覆地的變化。
除了上述提及的EAST外,科學島上的穩態強磁場實驗裝置同樣矚目。2017年9月,穩態強磁場實驗裝置通過驗收并投入使用,到目前已運行超過50萬個機時,為國內外170多家科教機構提供了實驗條件,支持科研人員在物理、化學、材料、生命、工程技術等領域開展3000多項前沿研究,取得了一系列重要科研突破。
中國科學院合肥物質科學研究院院長劉建國在分享中表示,這臺6米多高的穩態強磁場實驗裝置混合磁體能產生的穩態磁場約等于地球磁場的90萬倍。此前,該裝置創造場強45.22萬高斯的穩態強磁場,超越已保持了23年之久的45萬高斯穩態強磁場世界紀錄。磁場越強,越有助于探明物質的內部結構,這為發現自然規律、研發新興技術提供了更好的條件。
值得一提的是,該裝置的成功研發打破了由美國創造的塵封了23年的穩態強磁場的世界紀錄,這離不開一支由9名青年骨干組成的“高場磁體技術青年創新突擊隊”的努力,他們的平均年齡是35歲。
科學島反哺地方產業發展
窺一斑而知全豹,科學島上的故事正是“合肥模式”的縮影,而大科學裝置對安徽科技創新和經濟發展的支撐引領作用也愈發凸顯。
10年間,科學島牽頭承擔國家重點研發計劃項目45項、國家自然科學基金項目1257項,累計授權發明專利2300余件。強大的基礎科研水平,同時在反哺地方產業發展。
中國科學院合肥物質科學研究院院長劉建國提到,2019年8月,來自中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的科研人員基于“人造太陽”裝置上的高精度太赫茲激光偏振干涉儀監測技術,在合肥廬陽區成立了安徽中科太赫茲科技有限公司。




如今,該公司已經成功研制了主動式太赫茲人體成像安檢儀、太赫茲激光透射成像系統等多款具有自主知識產權的高科技產品,目前已拿到首批市場訂單。
此外,穩態強磁場大科學裝置創造了新世界紀錄后,依托該裝置衍生成果,中科院合肥物質科學研究院劉青松團隊針對淋巴瘤、乳腺癌、胰腺癌等疾病的新藥研發取得進展,3款候選藥物進入臨床試驗申報階段。

在科學島上,DBA的同學們還見到了我國第一臺自主建設的專用同步輻射光源,其廣泛服務于物理、化學、材料科學等眾多前沿科研領域。依托同步輻射光源大科學裝置,中國科學技術大學國家同步輻射實驗室近年來聯合企業組建了安徽省先進功能高分子薄膜工程實驗室,致力于研發可推動新能源汽車、新型顯示等產業發展的高分子膜。其中,動力鋰電池隔膜成果可以提升新能源汽車的續航能力。

除大科學裝置外,合肥國家科學中心統籌布局能源研究院、人工智能研究院、大健康研究院、數據空間研究院、環境研究院和30個前沿交叉平臺,設立綜合性國家科學中心專項基金,驅動產業創新,推進成果轉化。目前,已轉化成果300余項,孵化企業200余家。
DBA同學近距離感知未來科技變革
圖之于未萌,慮之于未有。
重大科技基礎設施通常也被稱為“大科學裝置”,是指通過較大規模投入和工程建設來完成,建成后通過長期穩定運行和持續科學技術活動,實現重要科學技術目標的大型設施。作為強國之重器,它們對探索未知世界、發現自然規律、實現技術變革等意義重大。




此次為期兩天的「DBA 跨界科創輕課堂」為同學們提供了置身科技基礎研究一線陣地的機會,從而對未來高新產業即將發生的技術革命保持敏感,同時,也見證了科學家們面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,把握大勢、搶占先機,直面問題、迎難而上的故事,這不僅與企業家精神內核相通,同時,也讓企業家對科技催生的潛在商業變革有所預見。
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