编者按：随着世界经济的发展，能源问题也变得越来越突出，为了解决能源危机，世界上各国的科学家都在积极寻求可持续利用的清洁能源，作为最有可能的替代能源，核聚变能源的开发利用是人类面临的最具挑战性的世纪难题，其中氘-氚受控磁约束核聚变被认为是未来最可能实现的途径之一。

献青春于核聚变　极探索于新能源

——访核工业西南物理研究院杨青巍研究员

本刊记者　徐芳芳

　　源于浓浓的科研热爱情怀，他将发展我国核聚变事业作为工作的根本动力；源于核聚变科研中的创新意识，他反对只做表面的科研工作，也不单纯追求填补空白，将结合实验需要的创新转化为价值和生命力；源于不畏艰辛的奋斗精神，他在核聚变科研一线拼搏了几十年，在寂寞的长跑中跨越了道道难坎。
　　他是核工业西南物理研究院杨青巍研究员——一位磁约束核聚变诊断技术研究的领路人，一位追逐“人造太阳”梦想的科研勇士。
　　
能源焦点·核聚变
　　
　　据预测，地球上的石油只可保证40多年需求，天然气也只能持续开采50多年年，而裂变电站容易产生严重辐射，风能、太阳能、生物质能等都不能完全满足人类需求。当传统能源枯竭的时候，我们该怎么办？
　　“国际科学界有比较统一的认识，最有潜力的替代能源就是核聚变能。预计50年后可以建设聚变电站。”采访中杨青巍告诉记者。核聚变反应燃料是从海水中提炼的氘，可供人类使用数十亿年。然而，目前世界各国的研究实验都只是论证了其科学可行性，还没有实现“持续放电”的科学目标。2006年5月，中美俄等七方共同草签了建设国际热核反应堆（ITER计划）的合作协议，决定集中科技经济力量攻关聚变能研究。杨青巍认为，中国加入这一计划是战略之举：再过几十年，在能源上说得起话的就应该是现在大力投入新能源研发的国家。
　　作为中国核聚变研究的主要单位之一，核工业西南物理研究院分担着中国承担的ITER计划任务。杨青巍表示说：“国家已经做了中长期规划，在核聚变研究方面投入了大量资金，加大了研究力度，未来我们可能会建设比ITER装置更先进的设备，力争尽快使聚变能商用化，早日为人民为国家服务。”
　　
聚变装置·环流器
　　
　　目前科学家普遍认为，最有可能实现核聚变的装置是托卡马克，国内一般叫做环流器（HL）。高温等离子体被约束在装置中，当等离子体的温度、密度和能量约束时间三者的乘积（“聚变三乘积”）达到某个值时，就是劳逊判据，将会实现能量增值，即聚变反应产生聚变能大于为实现聚变反应输入的能量。但是，通常的等离子体放电要受到小尺度扰动（湍流）和大尺度扰动（磁流体不稳定性）限制，聚变三乘积很难达到劳逊判据所需的条件。因此，聚变能源的开发和应用，被认为是人类科学技术史上遇到的最具挑战性的特大科学工程之一。
　　中国受控核聚变研究发展历史已有40余年，长期坚持以托卡马克为主要发展方向。目前在两大托卡马克装置H L-2A和E A S T上开展国际前沿物理研究，取得了令国际聚变界瞩目的成就。核工业西南物理研究院是我国最早从事核聚变的研究基地，杨青巍也是该国较早进入该领域研究的学者之一。
　　
托卡马克·诊断技术
　　
　　诊断，在医学上是对病人进行检查后再经过理性分析作出的判断，这个词汇引用到核聚变等离子体物理研究上非常形象生动。要想实现核聚变需要强大的科技实力来支撑，其中一个重要部分就是对等离子体物理进行充分的实验和理论研究，而高温等离子体诊断是进行实验研究的必要工具。不仅如此，想要得到高水平的物理成果没有诊断的助推，也是不可能产生的。杨青巍说：“等离子体就像一个生了各种疾病而且非常不听话的孩子，医生需要时刻用各种诊断设备来监测和诊断它的病因。世界上各个大型的磁约束核聚变装置都拥有自己的等离子体诊断研究部门及核心的研究队伍”。
　　等离子体诊断是用实验方法测定等离子体参数的技术，其诊断的方法有探针法、微波法、激光法、光谱法和粒子束法等，诊断的参数包括微观的（如碰撞频率）和宏观的（如密度、温度、电流、磁场和旋转等）。等离子体诊断技术是随着等离子体科学的进展而发展起来的。20年代，朗缪尔为了研究气体放电，开创了实验室等离子体诊断。从50年代起，在受控热核反应和空间技术研究的推动下，等离子体诊断的研究进入全面发展时期。
　　
追求卓越·杨青巍
　　
　　1983年夏天，杨青巍从中国科技大学近代物理系等离子体物理专业毕业，被分配到位于四川乐山青衣江畔的核工业西南物理研究院。在这里，他以满腔的热情投入到了受控磁约束核聚变诊断技术的研究工作，这一干就是近三十年，成长为我国第三代核能科学与工程专业有突出贡献的科学家。
　　早期研究院条件艰苦，没有计算机，没有先进的诊断设备，但杨青巍还是刻苦钻研，凭借扎实的理论功底、敏锐的学术洞察力、灵活的实验头脑及强烈的创新意识，在这些年做出了很多优秀成果。他先后参加了中国环流器一号（HL-1）、中国环流器新一号（HL-1M）托卡马克装置的研制工作，积累了相当丰富的工程与实验经验。在经历了HL-1A和HL-1M的运行和退役之后，又继续参加了中国环流器二号（HL-2A）装置的研制工作，并且参加和主持了HL-2A装置工程调试及物理实验工作。
　　作为HL-2A托卡马克装置实验的主要负责人之一，杨青巍承担了装置物理实验指挥等关键性任务，在他主持的2003年度的实验中成功地实现了中国第一个偏滤器位形的托卡马克放电，取得了稳定的偏滤器等离子体放电，为我国受控核聚变的发展积累了实际经验。该项成果入选核工业集团公司2003年度十大新闻，并在参加的多次国内外会议上的成果交流中得到了专家和同行的一致肯定和赞许。在2004和2005年度的装置实验中，通过有效地对等离子体进行控制，成功地实现了高运行参数下优良等离子体品质的托卡马克放电，其众多等离子体参数达到了国内最高水平。2006年，HL-2A装置电子温度达到5500万度，这是国内迄今为止所获得的最高温度。2009年4月在HL-2A装置上首次实现了偏滤器位形下等离子体从低约束模式向高约束模式放电的跨越。这是我国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展，此项成果为开展国际聚变界热点问题的研究创造了一个全新的平台，标志着我国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平得到了极大的提高，在国际聚变界引起巨大反响。
　　随着诊断系统的不断完善与创新，杨青巍领导的“中国环流器二号A（HL-2A）装置高温等离子体诊断系统研制”项目获得了2009年中核集团科学技术奖一等奖，HL-2A装置及物理实验获得了2012年国家科学技术奖。2010年，由核工业西南物理研究院开展的“中国环流器二号A（HL-2A）装置高温等离子体诊断系统研制”项目获得了2011年国家科学技术进步奖二等奖。
　　
全面诊断·多系统
　　
　　在杨青巍与研究室的成员共同努力下，近年来他们发展了多套国内外先进的诊断系统，目前，在HL-2A装置上已经拥有全面的诊断设备，共计达到50余种。
　　在HL-2A装置上已经拥有全面的诊断设备，包括电磁测量、微波诊断、激光诊断、光谱诊断及核测量等，杨青巍向记者介绍了几个具有代表性的诊断系统。磁测量系统是托卡马克装置上最基本的诊断系统之一，磁测量系统可以简单、快速、准确地提供非常重要的等离子体参数信息，包括等离子体基本的电磁参数（等离子体电流、环电压）、装置放电性能（等离子体储能及能量约束时间）、等离子体位置及平衡位形、不稳定性信息等等。在反馈控制实验（等离子体电流控制、位置位形控制、放电大破裂控制等）中，对磁测量系统诊断得到的数据具有很强的依赖性。
　　对于中子诊断，他说，中子探测系统使用多种探测器监测实验时的聚变中子和光中子的通量。ITER装置上采用的是裂变室探测器，原理是中子慢化后与裂变材料发生反应，裂变产物在电离室内被收集产生电信号，经前置放大器、放大器和模数转换后，数据送入工作站记录。中子诊断可以用来测量聚变产生的功率”。对于微波诊断，他说，HL-2A装置上目前已经发展了多种微波诊断，如一维的电子回旋辐射、微波反射、微波多普勒反射和二维成像技术-电子回旋辐射成像及微波反射成像等，这些诊断分别可以测量等离子体的基本参量温度、密度和等离子体旋转等，在等离子体约束输运和磁流体不稳定性方面研究过程中起到极其重要的作用。
　　杨青巍也是国内托卡马克等离子体磁流体不稳定性（MHD）研究方面的专家。在他的带领下，多名研究生已对HL-1M和HL-2A装置上的MHD进行过系统地研究，包括MHD不稳定性模式的探测、不稳定性特征研究、不同实验条件下的MHD不稳定性特性研究、不稳定性传播的研究、等离子体破裂研究等；同时，对等离子体微观湍流及输运、H模实验、低Q放电实验、破裂控制、等离子体位形控制、等离子体杂质行为等进行了深入的研究。
　　HL-2A装置的上超声分子束（SMBI）加料技术也是诊断研究室负责的主要系统之一。杨青巍说：“SMBI加料技术是我院姚良骅研究员首先发明的，目前在世界上很多托卡马克装置上都得到了应用，并取得了不错的加料效果。HL-2A装置上的SMBI加料技术更具特色，在不同气压下，可以短时间多脉冲重复注入，也可以在低温条件下形成团簇后再注入，加料效果更好，这一技术一直处于国际领先水平，很多国外专家都专门来我院学习此项技术。”
　　杨青巍告诉记者，目前HL-2A托卡马克装置上已经发展了多达50余种的诊断系统，有一些是国际上公认的高难度系统。近年来，HL-2A装置物理和诊断研究进展受到了国际同行的高度关注，2006年在成都举行的第21届国际原子能机构（IAEA）世界聚变能源大会上，杨青巍代表核工业西南物理研究院做了大会报告。在这些诊断的强力支撑下，诊断研究室已在等离子体湍流、约束与输运、磁流体不稳定性及高能粒子物理等研究方面取得了大量杰出的研究成果，其研究室成员已经在美国《物理评论快报（PRL）》和英国皇家物理学会《核聚变（NF）》等核心期刊上发表SCI论文40余篇，其研究室成员已有多名成为诊断技术骨干，其中已有多人获得国家技术专利，其中已有三人获得“蔡诗东等离子体学奖”。
　　
精锐团队·持续力
　　
　　开发核聚变是几代人的事情，科学研究具有持续性，需要大量的优秀人才。作为托卡马克实验与诊断研究室主任，杨青魏不仅忙于诊断研究室主任的事务管理工作，还要负责HL-2A物理实验诊断的管理以及自身参与的科研任务，工作十分繁忙，即便如此，他还担负着聚变科学所研究生的培养重任。对待年轻人，他毫无保留地给予极大的鼓励和支持，让学生们感受到科研工作者的魅力；他严谨求实，对学业要求严格，每一个物理问题都进行能细致的讲解，力求让学生对物理图像有清晰认知；在实际工作中，无论是诊断硬件的设计还是更具挑战的物理分析，他都能提出自己的独特的见解，让每个学生与他的讨论都受益匪浅。
　　杨青巍也非常注重与国内外单位的交流与合作，近年来诊断研究室先后派出10多名成员到美国、欧洲、日本及韩国访问和学习，其中已经有多名获得海外博士学位，并且已有部分人员返回诊断室继续工作并且大多成为等离子体诊断和物理研究方面的骨干。杨青巍欣慰地告诉记者：“诊断研究室是一个优秀的研究团队，我们这个团队拥有一支老中青骨干牵头的精锐之师，大家各有所长、相互配合，每项成绩的取得都归功集体的力量，也正是这样的力量把我们一步步推向国际聚变舞台。”
　　然而，他们也意识到，尽管在HL-2A上建成了目前国内最完整，最先进的聚变等离子体诊断系统，但每一种诊断手段在实验中各有优势也各有不足。杨青巍表示，他将与团队迎难而上、并肩作战，全面掌握聚变研究诊断技术，形成优势互补，实现科研资源配置效益最大化。
　　
国际合作·ITER计划
　　
　　2012年7月23日，中国国际核聚变能源计划执行中心与核工业西南物理研究院签署了国际热核实验堆（ITER）“诊断采购包7号赤道面中子通量监测器（NFM#7）系统设计”的采购合同，该合同也是中国与ITER签订的首个诊断采购包合同。ITER的中子测量系统复杂，技术涉及诸多学科门类，非常具有挑战性。
　　ITER计划的七方在参与ITER计划的同时，都有各自独立的核聚变研究发展计划，杨青巍作为ITER实验诊断技术委员会的专家，ITER中子测量项目负责人，每天都很忙碌，既要搞科研，又要频繁参加国际合作的协商与技术谈判，他一刻也不敢松懈，力争在国际核聚变能开发研究中占有一定的位置。“ITER计划是国际上核聚变研究合作的成功范例。我国虽然已具有较好的核聚变研究基础，但在核聚变研究等方面还有较大的差距。为此我们诊断室成员只有不断发展先进的诊断技术，不断缩小与国际上的差距。”杨青巍说。
　　回想近三十年来在托卡马克装置物理实验研究中的风雨历程，杨青巍感慨万千：“成果的取得并非朝夕，诊断系统是一个大科学工程，从学习国外研发到积极参与国际竞争，经历了院里前后几代科学家的努力，但是要完全适应聚变研究的快速发展，站在国际聚变诊断领域的制高点上，我们的路还很长，得经得住考验耐得住寂寞。”
　　的确，在资源有限的条件下，要提高装置运行品质，进行有国际前沿水平的物理研究，需要整个聚变团队付出十年如一日的艰辛探索。但求真务实、敢于创新的杨青巍及其团队将不畏艰险、勇攀高峰，潜心钻研，相信在未来他们将取得更加骄人的成绩！
　　
专家简介：
　　杨青巍，核工业西南物理研究院研究员。生于1961年12月，1983年毕业于中国科学技术大学近代物理系等离子体物理专业。长期在本院从事等离子体诊断及托卡马克装置物理实验研究工作。被推选为国防科技工业“511”人才工程、中核集团“111”人才工程人选，获得“国防科技工业有突出贡献中青年专家”荣誉称号，现为“973” ITER国内配套项目首席科学家。研究成果：2篇获得国家科学技术进步奖二等奖和国防科学工业科技进步奖一等奖，1篇获得部级科技进步特等奖，2篇获得部级科技进步奖二等奖，6篇获得部级科技进步奖三等奖；有数十篇研究论文发表在国内外核心刊物上，其中多篇论文发表在SCI刊物上；前后有10余篇论文参加国际会议，其中有5篇为邀请报告和口头报告。2008年所主持完成的“中国环流器二号A（HL-2A）装置高温等离子体诊断系统研制”获部级科技进步奖一等奖，并于2010年获得国家科技进步奖二等奖；其作为主要参与者“托卡马克等离子体若干重大物理问题的实验研究”，获得了2011年中核集团科学技术奖特等奖，并获国防科学技术进步奖一等奖。