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【70周年校庆.师者风范】潘垣:中国“太阳”背后的故事

发表时间:2022-06-08 作者:储浩 陈彦秋 肖梦涵 晋凡舒 浏览次数:

潘垣,教授,博士生导师,中共党员,中国工程院院士,磁约束聚变技术和高功率脉冲电源技术专家,大满贯dmg998com国防科学技术委员会主任。主要研究方向有:磁约束核聚变科学与技术;脉冲强磁场技术;脉冲功率技术及应用;极端交、直流高压断路器技术;电磁发射;带电粒子“催化”人工降雨/雪科学与技术等。他是我国最早从事聚变研究的主要成员之一,也是我国磁约束聚变技术及大型脉冲电源技术的主要开拓者。曾获国家科技进步一等奖和部级一、二等奖多项,现正从事超导电力、脉冲功率及等离子体等方面的科学技术研究。

心里有光,照亮前行的路

“‘疾风知劲草,板荡识诚臣’。人生道路上,追求是有原则性的,个人追求一定要与国家、民族的追求高度统一。”这是潘垣心里的光,他亦是循着光照的方向不断前行。

潘垣院士早期照片

少年丧父,又缝上抗日战争的爆发,潘垣的童年是在战乱逃亡中度过的。“我是1933年在宜昌出生,1931年9·18事变,1935年12·9运动,1937年抗日战争全面爆发,所以说我的童年真的是战乱不断。现在回忆起江边、飞机场的爆炸都是历历在目。”虽然父亲很早就去世,但母亲经:团嗽,儿。挥泄,哪有家?“这句话让我记了一辈子,服务祖国是我研究的根本追求。”

潘垣就读的中学就坐落在长江岸边,那壮丽的峡江,奔腾的江水,联想到老师讲述的有关萨凡奇(一位热心三峡水电工程的美国水利专家)的故事和未来三峡电站的宏伟蓝图,使他纯真的心灵中充满憧憬,他希望将来回到故乡宜昌去建造三峡电站,为祖国的电力事业有所贡献。1951年,潘垣考入武汉大学电机系。1953年,随着全国院系调整,他由武汉大学转到华中工学院电力系继续自己热爱的电力专业学习。潘垣读书时居住在华中工学院西一舍,平常吃饭就在西一食堂,当时的学费、食宿都是国家全包的,给他减轻了不少负担。对专业的热爱和强烈的求知欲,让他整日徜徉在电学知识的海洋中,孜孜不倦,精益求精,很多课程考试都拿到了满分。

潘垣认为电气在所有的传统工科里面生命力是非常非常强的,而在所有能源里面,电能的优势也是非常明显的,能够远距离传输几千公里,高效转化。现在国家提出了碳达峰、碳中和的目标,就是要构建以新能源为主的新型电力系统,这是一次能源革命。传统的电力系统是烧煤的,发电厂是集中在一块的,人为可以调控,所以可以控制电网的频率、控制电网的电压。新型电力系统是以新能源为主,它们的分布是大范围的广域分布,是不可调控的,电力系统就会复杂麻烦。“这是国家的需求,也是国际前沿的研究方向,作为电气人要将个人理想与国家发展结合起来,抓住国家需求与社会需求。”服务国家战略需求,一直是潘垣不变的初衷。

矢志不渝造“太阳”

1958年8月,潘垣被挑选到当时非常保密的第二机械部,从此开始了一生为之追求的事业——核聚变。他是我国最早从事核聚变研究的主要成员之一,是我国核聚变电磁工程和脉冲功率技术的主要开拓者,至今还一直活跃在核聚变研究前沿。1958年,潘垣先后参加了我国最早的两套核聚变实验装置的研制:代号“雷公”的直线箍缩装置和代号“小龙”的磁镜绝热压缩装置。1964年,他作为主要负责人完成“小龙”升级改造为“小龙-2”的设计改造,并研制出并联火花球隙型脉冲大电流短路放电开关(Crowbar)和大容量脉冲电容器组保护线路,解决了在电容电压过零时刻并联火花球隙同步触发导通技术。1966年他主持制订了代号“凌云”的仿星器装置的工程物理方案与技术设计,研制出磁面磁体、环向偏滤器和无极等离子体喷枪等。1970年后,潘垣参与主持了451工程HL-1的研制。1983年,潘垣调中科院等离子体物理所后,他又负责完成了该所当时的主要托卡马克装置HT-6M的脉冲电源及控制系统升级改造。此外,作为访问学者,他还先后在JET(欧共体)和TEXT-U(美国德克萨斯大学聚变研究中心)两托卡马克装置上开展了工程与实验研究。

磁约束受控核聚变是高技术集成度很高的综合性大科学工程。潘垣成功地将阶段性聚变技术成果开发应用于国民经济建设和国防建设。作为技术负责人,潘垣领导了大型同步发电机氧化锌非线性电阻灭磁及转子过电压保护的研究与电站现场的工业试验,解决了最严重灭磁工况的确定,氧化锌多元件均能组合优化及发电机定转子能量耗散分布等问题,终于在白山水电站国内当时最大型30万千瓦机组上试验成功投入运行。该项成果获中科院科技进步二等奖,相关技术获国家专利两项。潘垣负责并系统地研究了补偿脉冲发电机CPA(Compulsator),已完成两台不同机型的研制,一台为25兆瓦被动CPA,已用于连发实验电磁炮;另一台为10兆瓦串级补偿CPA,是根据他提出的串级补偿思想而研制。后一型CPA的脉冲电流增益高出美国同类装置近2个数量级,且具调幅调频功能,不仅紧凑小型,且可依靠剩磁自激起励。这项成果已获中国专利优秀奖。他还提出由电容器建波头由CPA提供主发射的连发电热炮脉冲电源方案,已经模拟实验验证,并获发明专利。

2020年11月,一份为国家新能源战略建言献策的报告牵动着党中央与大满贯dmg998com中国工程院院士潘垣团队的心。这份报告以详尽的数据和科学的论证,重点汇报了改善我国能源结构、解决能源环境问题的相关途径与方法。作为报告起草人,20年来,潘垣团队以从根本上解决人类能源问题为目标,积极参与国际大科学工程,主动贡献“中国方案”。在“等离子体破裂”研究领域,团队的等离子体不稳定性控制和破裂:航饧际跷痪尤蛄煜鹊匚,同时也是全球唯一能做到破裂逃逸电子完全抑制的科研团队,在实验中得到的逃逸电流耗散速率曾创下世界第一的纪录。潘垣团队的国际影响力日益提升,其成员多次在相关领域顶级国际学术会议上作特邀报告,为其他国家同行提供技术指导。2020年10月,团队的J-TEXT实验装置也被ITER国际科技顾问委员会列为四大SPI破裂缓解技术研究装置之一,进一步确立其研究在国际领先方阵的地位。这一切都源于团队20年来从未改变的信念与坚持。

聚变与等离子体研究所的J-TEXT装置

立德树人,做学生的“太阳”

“在我的理解中,院士,应该从事着名称长长的、我们听不懂名称的高端项目,指点博士生们学习研究,坐在会议室的嘉宾席上、只在主持人介绍时站起来远远微笑示意……说实话,对于本科生而言,他们的存在只是一串串不断重复的名号罢了,我从没想过竟然会有一名院士成为我真正意义上的老师。”一位上过潘垣《电磁场与波》的本科生这样感慨到。

潘垣院士给本科生上课

《电磁场与波》的前两章“矢量分析及场论基础”和“电磁场的物理量及电磁现象的基本规律”是电磁场基本知识和重要规律的介绍,潘垣给学生讲起来信手拈来,重点突出,对PPT和教材上的内容都很熟悉,显然是做足了准备工作。他眉眼含笑、声音洪亮,没有半分院士的架子,讲到关键处居然像个老小孩一样手舞足蹈起来,“你看,这是旋度是不是?旋度的散度是不是等于零了?哈哈!”讲到复杂的地方,他风趣地用武汉话说:“这里有点裹筋,我们一起来梳理一下,嘿嘿,梳理一下就清楚了。”他眼神明亮、头脑敏锐,态度严谨认真,甚至能一眼看出PPT上的错误:“这里,这里少了个逗号,这是不对的。”

课程结束后,学生纷纷表示“回顾这些天的学习,潘老师教给我的不仅仅是这些电磁场知识,更重要的是严谨的学习态度,还有课后总结的学习方法。”

在潘垣学生张明的心中,在对待学术问题上,导师非常严谨;在对待学生生活上,导师十分则关心。学生写的科研文章,潘垣指示副导师一定要严格把关,对于没有创新性的,一律不允许发表。而当学生在生活上遇到困难的时候,他却会竭尽全力地去给予帮助。每年快过年的时候,潘垣都会将科研经费提成中他应得的那一份拿出来,以奖金的形式分发给实验室团队中的青年教师和研究生,营造了一种团结奋进的科研氛围。潘垣的腿并不好,特别是膝盖关节处经常痛,常年套着一幅护膝。袁召清晰地记得,老师通常晚上步行过来指导自己做项目。袁召的实验室在高压楼最里面的房间,要走过一段比较陡的楼梯。但潘老师每次都不让学生送,坚持一个人下楼。“看着老师迈着有些蹒跚但十分坚定有力的步子走回家的时候,我的心里都是酸酸的,有良师如此是我最大的幸福。”


潘垣院士指导科研

“学海无边,我求学是要不断充实知识库。”潘垣表示科学技术发展很快,国家的规划政策在不断向前发展,所以他要学党的方针政策、规划计划。学习的目的是要了解国家的重大需求在哪里。潘垣也谈到求学的目的也是求题,选对了题就成功了一半。潘垣进一步强调国家重大需求才是研究人员真正应该关注的。与此同时,“求新、求真、求毅、求实、求才、求乐”也是潘垣的追求。作为大学教授,他高度重视教书育人工作,十分重视人才培养。“求才,学术之生命在于发展,人才辈出才能青胜于蓝。”潘垣说到。2021年,潘垣以第一作者撰写论文《面向“电气化+”的电气工程本科人才培养体系重构刍议》,电气学科作为一门传统学科,在新时代的诸多变革形势下,其人才培养体系也存在重大变革需求。他国绕“四个面向”,持之以恒地推进“电气化+”的学科发展战略。

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