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第5章 引言(1)

李正武院士(1916—2013年)是著名的实验核物理学家和核聚变与等离子体物理学家,是我国核聚变能源开发领域的开拓者和领军人,为我国磁约束核聚变研究做出了不可磨灭的贡献。

核聚变是轻原子核在高温状态下发生聚变反应释放出巨大能量——热核聚变能的过程。氢弹,就是人工制造的大规模释放热核聚变能的装置,而太阳就是一个巨大的聚变反应装置,它把无限的能量提供给人类,因此,人们又形象地称受控核聚变为“人造太阳”。受控核聚变研究的任务,就是要把氢弹爆炸一瞬间产生的聚变能,变成一个受人工控制的过程,使其巨大的能量按人的意志释放出来,供人类使用。

随着社会的发展和人类文明的进步,人类社会能源的消耗与日俱增。据估计,地球上的化石能源石油、煤等将在数百年内消耗殆尽,使人类未来社会面临能源枯竭的危机,成为人类文明进步的巨大障碍。受控核聚变的终极目标,就是开发利用核聚变能,从根本上解决人类文明进步的能源需求。

然而,受控核聚变是一个多学科、多门类、多行业尖端高新技术的系统工程。用李正武院士的话说:“受控核聚变是由多项新技术在传统技术的基础上,多层次集成的一个复杂的高技术体系。核聚变等离子体工作条件极端苛刻,例如,它的温度远高于太阳内部(1亿摄氏度以上),却必须把它稳定地约束在不到10米的真空室内。受控核聚变的各项组成技术,互相制约扭结,需要按照一定的科学规律逐项通过,不可能随意逾越。”也就是说,核聚变能源开发是人类科学技术史上最具挑战性的重大课题之一,它必须集中全人类的智慧和全世界的财力共同攻关,才能完成它的历史使命。本书多次提及的由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方合作的国际热核聚变实验堆(ITER)计划,就是国际核聚变领域对这一共识的最新体现。

本书的主人公李正武院士,正是为了实现受控核聚变的人类终极目标奋斗了一生。

李正武,1916年11月8日出生于浙江省东阳市吴宁镇东花园里的一个书香门第之家。

李正武的初小课程是在父亲的引导下,主要靠自学完成的;他的高小是在浙江省东阳县吴宁一小完成的;他1927年在东阳县立中学上初中,上初中二年级时,因成绩优异,跳了一级直升初中毕业班,后于1929年转入南京东方中学上初中三年级,次年七月初中毕业;他的高中学业出现坎坷,因他年少轻狂,高中课堂上常常与老师争辩让老师难以施教,而被学校劝退或开除休学,辗转几所中学,才得以毕业。

李正武高中毕业后,在3600多名报考清华大学的考生中成绩名列第一,1934年他以当年清华大学“高考状元”的身份就读清华物理系。大学时期的李正武认真总结了高中时期经历的挫折,其性格转为内向沉稳、多思善学。借着清华大学的“通才教育”理念和传统的严谨教学风格,李正武打下了坚实的数学、物理学基础。

1938年李正武清华大学毕业后,于当年被贵州省政府委任为贵州省建设厅气象所测候员。1940年8月,受聘于江苏医学院(抗战时期迁重庆)任助教、讲师;1944年任复旦大学(在重庆)讲师;1945年任上海交通大学副教授。李正武于1940年与他清华大学的同班同学孙湘结婚,他们曾一同参加了著名的“一二·九”爱国运动,并共同经历了抗日战争的洗礼,他们在大学期间就形成了科学强国的理想,并决心为此奋斗终生。

1946年,李正武考取国民政府教育部留美公费生。1947年,他飘洋过海到美国加州理工学院攻读博士学位,主科为核物理,师从C.C.劳列生与后来获诺贝尔奖的W.A.福勒;副科为噬菌体研究(分子生物物理),师从后来获诺贝尔奖的M.德尔布鲁克。1951年李正武的毕业论文《用质子磁谱研究核反应》通过答辩,获得物理学博士学位,同时也完成了副科分子生物物理规定的研究任务。1953年,李正武被破格留在母校凯洛格辐射实验室从事核物理实验研究工作。1954年,他在美国望城医学中心任物理学者。1955年经周恩来总理与美方交涉和多方努力,李正武与妻子孙湘怀抱他们刚出生两个月的儿子,同钱学森夫妇等一批留美科学家同船回归祖国。

回到祖国后,先后在二机部北京原子能研究所(现中国原子能科学研究院)、二机部(西南585)所(现核工业西南物理研究院)工作,期间曾兼任过中国科技大学教授。曾任北京原子能研究所研究员、研究室主任、二机部(西南585)所副所长、所长等职务,1980年当选为中国科学院学部委员(院士),1982年起任西南物理研究所名誉所长、核工业西南物理研究院名誉院长。列席第三、四届全国政协会议、当选第五届全国政协会议的特邀代表,是第六、七届全国政协委员。

李正武在留美期间从事轻核反应实验研究,他解决了直接由核反应循环精密地自洽测定质量数从1至35所有轻原子核质量的问题,并由此得出爱因斯坦质量能量转换系数当时最精确的实验值。在同一时期,他进行了太阳物理方面的研究,成为后来提出热核聚变研究的先导。1954年,在美国望城医学中心完成了“钴放射性治疗机”的研究,独立设计研制了世界首台性能独特的钴射线治疗仪,并在美国使用多年。回国后从事质子和电子静电加速器研制,是我国第一台高气压型质子静电加速器以及第一台电子静电加速器的主要研制者之一。在1955年底国家制订12年科学技术规划期间,他积极倡导我国开展“可控热核聚变”的研究,1961年他转入磁约束核聚变研究领域。在任二机部西南585所的领导期间,他领导、研制了一系列的受控核聚变实验装置,尤其是指导了中国环流器一号装置的设计建设,解决了若干重大关键技术问题,该装置获得了国家科技进步一等奖。1988年,为进一步推动我国核聚变事业的发展,他及时提出了中国环流器二号的概念设计框架,为中国环流器二号A装置的建设奠定了基础。

李正武院士先后提出的“磁笼装置”概念、“聚变裂变共生系统”和“共生聚变堆”方案、“环流器”概念、“环流器核聚变实验等离子体的品质参数空间”概念以及他撰写的《我国受控核聚变的里程碑》、《中国环流器一号初步实验报告》等论文和实验报告,在当时国内外核聚变领域产生了很大影响。

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