“人造太陽”——核聚變能，以其安全、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)點成為滿足未來國家重大戰(zhàn)略需求和實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要技術(shù)方案。但要實現(xiàn)這一核聚變，通常要求溫度達到億度量級。
那么問題來了，如何精準測量如此高的溫度?
在第十七屆“振興杯”全國青年職業(yè)技能大賽(職工組)中核杯創(chuàng)新創(chuàng)效競賽全國決賽上，來自中核集團核工業(yè)西南物理研究院的副研究員蔣敏，帶來她和團隊成員的探索成果——新一代“人造太陽”(HL-2M)裝置上全域、多道、精細、準確的溫度分布測量系統(tǒng)——超寬帶自標(biāo)定電子回旋輻射系統(tǒng)。
“非接觸式的測量方法通常有激光和微波，微波具有連續(xù)、高時空分辨、抗輻照等優(yōu)點，是未來聚變堆裝置上測量溫度必不可少的工具。”作為先進微波診斷團隊負責(zé)人的蔣敏介紹，它的基本原理是通過接收電子回旋運動發(fā)出的微波頻段的輻射信號，從而給出溫度的信息。
但要想驗證這一原理，需要發(fā)展寬頻帶技術(shù)才能獲得全空間測量，且需要對系統(tǒng)進行標(biāo)定才能獲得準確的溫度值。
顯然，這并不是一件容易的事。蔣敏和團隊成員發(fā)明了多路倍頻和多工器陣列技術(shù)，解決了超寬帶與低損耗的兼容難題，這就好比實現(xiàn)了“魚”與“熊掌”二者兼得，提高了系統(tǒng)帶寬和通道的拓展能力。
項目研發(fā)過程中，團隊首次采用基于頻偏去相關(guān)技術(shù)的降噪方法，使電子溫度擾動測量靈敏度達到0.5%，“可從兆瓦量級背景中提取納瓦量級的信號，如同‘炎炎烈日下攝取星光’”。
值得一提的是，團隊還首創(chuàng)了短時間內(nèi)改變測量位置的方法，實現(xiàn)了電子溫度在線、實時標(biāo)定。這一在測量的同時可以實現(xiàn)定標(biāo)的創(chuàng)新，被蔣敏比喻為“一手磨刀一手砍柴”，完全區(qū)別于此前離線測量標(biāo)定。
一項項技術(shù)創(chuàng)新背后，是這支平均年齡30歲團隊的青年科技工作者一遍遍認真嚴謹?shù)?ldquo;較真”。僅為了找到更好的降噪處理方法，團隊就花了將近一年時間。
“完成一次嘗試大約需要兩到三個月，為了盡可能達到更好的降噪效果，團隊嘗試了三四次，最終成功測量到核聚變反應(yīng)芯部區(qū)域的微觀溫度升降。”蔣敏表示，通過準備此次大賽，她深刻體悟到團隊精神的重要作用，“團隊成員爭相提出自己的意見，大家一起頭腦風(fēng)暴”。
項目研發(fā)傾注了團隊成員的心血，也收獲了豐碩成果。讓蔣敏和團隊成員欣慰的是，這一成果已經(jīng)成功測量到聚變裝置中億度量級的溫度，在聚變前沿物理研究中發(fā)揮了重要作用。以這一項目研發(fā)為基礎(chǔ)，團隊發(fā)表SCI論文6篇，已獲3項發(fā)明和2項實用新型專利授權(quán)，實現(xiàn)2項成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)造近百萬元的經(jīng)濟效益。
在相關(guān)專業(yè)技術(shù)鑒定中，這一項目的科技成果鑒定結(jié)論為總體性能指標(biāo)達到國際先進水平，其中一些關(guān)鍵技術(shù)以及基于本作品獲得的研究成果分別獲得了國防科技進步一等獎、二等獎和集團級科學(xué)技術(shù)一等獎。
與此同時，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用至國內(nèi)外5家聚變專業(yè)科研院所和微波企業(yè)，培養(yǎng)了國家級和省部級人才各兩名。“我們的這一研發(fā)成果在微波遙感和氣候監(jiān)測等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。”蔣敏說。
讓她開心的是，頭一回參加“振興杯”，就獲得了金獎。“很好地詮釋了核工業(yè)的精神——嚴細融入一切，進取成就一切。”為了在答辯的4分鐘內(nèi)完美呈現(xiàn)團隊的研發(fā)成果，蔣敏光答辯就練習(xí)了不下50遍。
記者 杜沂蒙
