什么是“人造太陽”？又如何給“人造太陽”測溫？一起看看“振興杯”賽場參賽選手的創(chuàng)新探索！

——核聚變能，以其安全、清潔、高效、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)成為滿足未來國家重大戰(zhàn)略需求和實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要技術(shù)方案。但要實(shí)現(xiàn)這一核聚變，通常要求溫度達(dá)到億度量級。

那么問題來了，如何精準(zhǔn)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(tuán)核工業(yè)西南物理研究院的副研究員蔣敏，帶來她和團(tuán)隊(duì)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(xì)、準(zhǔn)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(shí)空分辨、抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，是未來聚變堆裝置上測量溫度必不可少的工具?！弊鳛橄冗M(jìn)微波診斷團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人蔣敏介紹，它的基本原理是通過接收電子回旋運(yùn)動發(fā)出的微波頻段的輻射信號，從而給出溫度的信息。

但要想實(shí)現(xiàn)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(jìn)行標(biāo)定才能獲得準(zhǔn)確的溫度值。

蔣敏與HL-2M裝置模型 圖片由蔣敏提供

顯然，這并不是一件容易的事。蔣敏告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，目前面臨四大技術(shù)難點(diǎn)：

1.首先是需同時(shí)跨越三個(gè)波段，以前的技術(shù)只能一個(gè)波段，具有挑戰(zhàn)；

2.其次是滿足超寬帶與低損耗之間的兼容性；

3.第三是對系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理，才能從兆瓦量級背景中提取納瓦量級的信號；

4.最后需要對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定，才能滿足反饋控制需求。

為了解決這些技術(shù)上的難題，蔣敏和團(tuán)隊(duì)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。

“從對比數(shù)據(jù)中看出，微波源帶寬和中頻損耗兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)已明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方案。”蔣敏說，這就好比實(shí)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(xiàng)目研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)首次采用基于頻偏去相關(guān)技術(shù)的降噪方法，通過巧妙的頻偏設(shè)計(jì)，使電子溫度擾動測量靈敏度達(dá)到0.5%，這比傳統(tǒng)的時(shí)間相關(guān)方案提升一個(gè)數(shù)量級。“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，這一團(tuán)隊(duì)還首創(chuàng)了短時(shí)間內(nèi)改變測量位置的方法，包括磁場掃描和本振源跳頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子溫度在線、實(shí)時(shí)標(biāo)定。這一在測量的同時(shí)可以實(shí)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。

超寬帶自標(biāo)定電子回旋輻射系統(tǒng)實(shí)物圖 圖片由蔣敏提供

一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新背后，是這支團(tuán)隊(duì)平均年齡30歲的青年科技工作者們一遍遍認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹拜^真”。僅為了找到更好的降噪處理方法，團(tuán)隊(duì)就花了將近一年時(shí)間。

“技術(shù)細(xì)節(jié)中如何巧妙地進(jìn)行頻偏的設(shè)計(jì)，我們前期都做了很多調(diào)研和各種計(jì)算，加工、測試……完成這樣一次嘗試大約需要兩到三個(gè)月，為了盡可能達(dá)到更好的降噪效果，團(tuán)隊(duì)嘗試了三四次，最終成功測量到核聚變反應(yīng)芯部區(qū)域的微觀溫度漲落?！笔Y敏表示，通過準(zhǔn)備此次大賽，她深刻體悟到團(tuán)隊(duì)精神的重要作用，“團(tuán)隊(duì)成員就跟一個(gè)工作室一樣，提出自己的意見，大家一起頭腦風(fēng)暴?！?br/>

決賽前，參賽團(tuán)隊(duì)在HL-2M裝置前互相打call  圖片由蔣敏提供

項(xiàng)目研發(fā)傾注了團(tuán)隊(duì)成員的心血，也收獲了豐碩成果。讓蔣敏和團(tuán)隊(duì)成員欣慰的是，這一成果不僅已經(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(xiàng)目研發(fā)為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)發(fā)表SCI論文6篇，已授權(quán)3項(xiàng)發(fā)明和2項(xiàng)實(shí)用新型專利，實(shí)現(xiàn)2項(xiàng)成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)造近百萬的經(jīng)濟(jì)效益。

在相關(guān)專業(yè)技術(shù)鑒定中，這一項(xiàng)目的科技成果鑒定結(jié)論為總體性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)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(jìn)步一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和集團(tuán)級科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

與此同時(shí)，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2名?！拔覀兊倪@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。”談到應(yīng)用前景，蔣敏充滿信心。

蔣敏開心的是，頭一回參加“振興杯”，就獲得了金獎(jiǎng)。但實(shí)際上，這背后，她和團(tuán)隊(duì)成員拿出了搞科研的認(rèn)真和鉆勁兒?！昂芎玫脑忈屃撕斯I(yè)的精神——嚴(yán)細(xì)融入一切，進(jìn)取成就一切。”為了在答辯的4分鐘內(nèi)完美呈現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果，蔣敏光答辯就練習(xí)了不下50遍，馬上要答辯檢錄了還在斟酌修改個(gè)別語句?？吹浇Y(jié)果，她第一句話說的就是“感謝我們的團(tuán)隊(duì)?！?br/>