Staffellauf „Der Sonne nachjagen“ Mutig klettern – Lernen Sie das chinesische Forschungsteam „Künstliche Sonne“ kennen

Generalsekretär Xi Jinping betonte, dass die Stärkung der Grundlagenforschung eine dringende Voraussetzung für die Erlangung wissenschaftlicher und technologischer Autarkie auf hohem Niveau und der einzige Weg zum Aufbau einer Weltmacht in den Bereichen Wissenschaft und Technologie sei.

Vier Generationen wissenschaftlicher Forscher, mehr als 120.000 Experimente und mehr als 10 Weltrekorde ... Chinas experimenteller supraleitender Tokamak (EAST), bekannt als „künstliche Sonne“, hat viele große Durchbrüche erzielt. Im April dieses Jahres wurde mit 403 Sekunden Dauer im stationären Plasmabetrieb im Hocheinschlussmodus ein neuer Weltrekord aufgestellt. Dies ist von großer Bedeutung für die Erforschung der grundlegenden physikalischen Probleme zukünftiger Fusionsreaktoren und die Beschleunigung der Realisierung der Fusionsenergieerzeugung.

Dies ist die Kontrollhalle des Experimental Superconducting Tokamak (EAST) nach dem erfolgreichen Experiment (Foto aufgenommen am 12. April 2023). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Huang Bohan

Die „künstliche Sonne“ ist ein großes Unterfangen, bei dem es der Menschheit um die Verwirklichung der „Energiefreiheit“ und die Erforschung der Geheimnisse des Universums geht. Diese leidenschaftliche Karriere begann an einem ruhigen Ort – die große wissenschaftliche Einrichtung EAST befindet sich auf Science Island in den westlichen Vororten von Hefei, weit weg vom Trubel. In den vergangenen 50 Jahren haben sich zahlreiche Wissenschaftler der Lösung zentraler Probleme gewidmet, die dem Land die größten Sorgen bereiten, und waren dafür bereit, auf der „kalten Bank“ zu sitzen. Dieser ruhige Ort ist mittlerweile zu einer Brutstätte für internationale wissenschaftliche Forschungszusammenarbeit und Austausch geworden und wird von vielen ausländischen Forschern als ihr „Zuhause“ angesehen.

Alle großen Errungenschaften sind auf Kampf zurückzuführen. Bei allen Kämpfen geht es um das Erbe. Vier Generationen wissenschaftlicher Forscher haben die Fackel weitergegeben, weiterhin Innovationen hervorgebracht und danach gestrebt, neue Höhen zu erreichen. Mit dem „Traum der Fusionsenergie“ im Hinterkopf sind sie mutig in Richtung einer besseren Zukunft für die Menschheit vorangeschritten.

Mehrere Generationen haben immer wieder gekämpft und nach ihren Träumen gestrebt

Alle Dinge wachsen mit Hilfe der Sonne. Der Grund, warum die Sonne scheint und Wärme abgibt, ist die Kernfusionsreaktion in ihrem Inneren. Die Rohstoffe zur Erzielung der Kernfusion sind auf der Erde in großen Mengen vorhanden und die Emissionen sind schadstofffrei. Wenn es uns gelingt, eine „Sonne“ zur Stromerzeugung zu erschaffen, besteht für die Menschheit die Hoffnung auf Energiefreiheit.

„Warum haben wir so etwas Gutes nicht schon früher gemacht?“ Li Jiangang, Mitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften, sagte, dass die Menschheit die Kernfusionsenergie (im Folgenden als „Fusionsenergie“ bezeichnet) seit mehr als 70 Jahren erforscht. „Es ist nicht so, dass wir zu dumm wären, es ist einfach zu schwierig!“

Die Temperatur muss Hunderte Millionen Grad Celsius erreichen und stabil bleiben. „Was auf der Erde kann einen Hunderte Millionen Grad heißen ‚Feuerball‘ für längere Zeit eindämmen?“ Er sagte, dies sei eine Herausforderung für die gesamte Menschheit.

„Das ist nichts, was eine oder zwei Generationen erreichen können. Es erfordert mehrere Generationen, die durchhalten und arbeiten, ohne sich um Ruhm oder Reichtum zu scheren“, sagte Wan Yuanxi, ein 84-jähriger Akademiker der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften.

Im Jahr 1973 begann die Chinesische Akademie der Wissenschaften mit dem Bau der „Hefei Controlled Thermonuclear Reaction Research Experimental Station“ und gründete anschließend das Institut für Plasmaphysik (im Folgenden „Plasmainstitut“ genannt).

Wan Wanxi kommt seit 50 Jahren nach Science Island. Die Bedingungen hier waren hart, als wir hier ankamen. Das dichte Gras war über einen Meter hoch. Wenn es regnete, krabbelten überall Krabben und Kröten herum. Es gab nur wenige verstreute Gebäude. Aufgrund des Mangels an Technologie, Geldmitteln und Unterstützung brauchte Wan Wanxi mehr als eine Stunde, um mit dem Fahrrad vom Wohnheim zum Labor zu fahren, und das drei Jahre lang.

Im Jahr 1981 eilte Herr Hua Luogeng von Peking nach Hefei, um den Grundstein für das „Projekt Nr. 8“ zur Fusionsenergieforschung zu legen und damit den Samen der „Sonne“ im „Frühling der Wissenschaft“ zu pflanzen.

„Wir werden bei der Verfolgung unserer Ideale keine Kosten scheuen und keine Härten fürchten.“ Mit patriotischem Herzen gingen Wan Yuanxi, Li Jiangang, Wan Baonian und andere Forscher der ersten und zweiten Generation der „künstlichen Sonne“ „mit gedämpftem Brot auf dem Rücken zum Studium ins Ausland“ und saßen bei der Teilnahme an internationalen akademischen Konferenzen in der Ecke, aber sie waren lernbegierig und wurden nie müde, um Rat zu fragen.

Während wir die „Sonne“ entwickeln, experimentieren wir auch mit der Beleuchtung der „Sonne“. In ihrem Labor stehen das ganze Jahr über Feldbetten und es ist üblich, dass sie bis in die frühen Morgenstunden oder sogar die ganze Nacht hindurch Experimente, Analysen, Fehlerbehebungen, Demontagen, Montagearbeiten und erneute Experimente durchführen.

Das Experimental Superconducting Tokamak (EAST) Kernfusionsgerät wird im März 2005 zusammengebaut. Xinhua News Agency

„Ich kann einschlafen, sobald ich mich mit einem Militärmantel zudecke, und wache sofort auf, wenn das experimentelle Horn ertönt.“ Li Jiangang sagte, dass er und sein Team in 20 Jahren mindestens 50.000 Versuchsfehler erlebt hätten.

Von mehreren Millionen bis zu mehreren zehn Millionen Grad Celsius, von 30 Millionen bis 50 Millionen bis zu mehreren hundert Millionen Grad Celsius wurden in der täglichen Forschung und Entwicklung eine Reihe von Durchbrüchen erzielt.

Seit letztem Jahr haben Song Yuntao, Gong Xianzu und andere Forscher der dritten Generation im Bereich der „künstlichen Sonne“ ein junges Team geleitet, das 15 Monate lang hart gearbeitet hat und schließlich am 12. April um 21:00 Uhr einen neuen Höchstwert von 403 Sekunden stationärem Plasmabetrieb im Hocheinschlussmodus erreichte.

Vom „Folgen und Nebeneinanderlaufen“ zum „Teilführen“, dem Streben nach neuen Höhen

Es ist 11 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 8 Metern, und auf seiner Spitze weht die rote Fünf-Sterne-Flagge ... Das EAST-Gerät hat die Form eines riesigen Gefäßes, in dem sich eine riesige Welt befindet.

Dies ist ein Foto des Experimental Superconducting Tokamak (EAST) vom 13. April 2021. Foto: Reporter Zhou Mu von der Nachrichtenagentur Xinhua

„EAST integriert ultrahohe Temperaturen, ultraniedrige Temperaturen, ultrahohes Vakuum, ultrastarke Magnetfelder und ultrahohe Ströme.“ Song Yuntao, stellvertretender Direktor des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Direktor des Instituts für Plasmaphysik, sagte, dass hier Spitzentechnologien „in einem Ofen verschmolzen“ würden, was die umfassende wissenschaftliche und technologische Stärke des Landes widerspiegele.

„Um ultrahohe Temperaturen zu erreichen, verwendet EAST vier Hochleistungsheizsysteme, was der Erwärmung durch Zehntausende Mikrowellenherde zusammen entspricht.“ Wang Teng, ein assoziierter Forscher am Institut für Plasmaphysik, sagte, dass die hitzebeständigsten Materialien auf der Erde nur einigen tausend Grad Celsius standhalten können. Um Hochtemperaturplasma mit Hunderten von Millionen Grad Celsius zu transportieren, verwenden Wissenschaftler Magnetfelder als „Käfig“, die etwa die 70.000-fache Stärke des Erdmagnetfelds erreichen.

Nach 7 Jahren Forschung und Entwicklung und 17 Jahren Transformation und Modernisierung verfügt EAST nun über mehr als 200 Kerntechnologien, mehr als 2.000 Patente und Millionen zusammenarbeitender Teile.

Rückblickend auf die Zeit vor über 40 Jahren konnte das Gerät der ersten Generation, HT-6B, nur den Plasmabetrieb erreichen und hinkte international hinterher.

Der Weg ist lang, aber der Ehrgeiz bleibt unverändert. Der damalige Direktor Huo Yuping und andere analysierten den Entwicklungstrend und kamen zu dem Schluss, dass Supraleitung eine Schlüsseltechnologie der Zukunft sein würde. Aufgrund knapper Mittel tauschten sie zwei Waggons voller Daunenjacken und anderer Vorräte gegen supraleitende Versuchsausrüstung aus dem Ausland ein und konstruierten sie um und bauten sie in ein neues Gerät namens HT-7 um.

HT-7 hat in den 18 Jahren seines Bestehens viele Durchbrüche erzielt. Im Jahr 2003 wurde eine Plasmaentladung von mehr als einer Minute erreicht, was für die Fusionsenergieforschung meines Landes einen Sprung vom Mitlaufen zum Mithalten bedeutete.

Nach der Entwicklung des HT-7 wagte das Institut für Plasmaphysik als erstes weltweit die Idee, das weltweit erste vollständig supraleitende Tokamak-Gerät zu bauen, für das es bisher noch keinen Präzedenzfall gab. Song Yuntao war damals in seinen 20ern. Als er dies im Hinblick auf ein Studium im Ausland erwähnte, schüttelte sein ausländischer Mentor den Kopf und sagte: „Das kann China unmöglich bauen. Sie verfügen nicht über die Technologie.“

„Bereits vor meiner Geburt wurden chinesische Satelliten ins All geschossen. Mehrere Generationen von uns verfolgen diesen Traum, und er wird ganz sicher wahr werden“, sagte Song Yuntao.

Der Erfolg von EAST ist erstaunlich: Im Jahr 2012 erreichte es einen Plasmabetrieb von 411 Sekunden bei 20 Millionen Grad Celsius; im Jahr 2016 wurden 102 Sekunden Plasmabetrieb bei 50 Millionen Grad Celsius erreicht; im Jahr 2017 wurden 101 Sekunden Plasmabetrieb im Hocheinschlussmodus erreicht; Im Jahr 2021 erreichte es im Plasmabetrieb 120 Millionen Grad Celsius für 101 Sekunden …

Nachdem EAST im April dieses Jahres einen neuen Rekord aufgestellt hatte, schickten Ian Chapman, Vorsitzender der britischen Atomenergiekommission, Wayne Solomon, Vizepräsident von General Atomics in den USA, und andere Glückwunschschreiben. Darin hieß es, dieser bedeutende Erfolg habe der internationalen Fusionsforschung großes Vertrauen verliehen und sei ein Beweis für „das Engagement und die innovative Arbeit des Teams“.

Es wird davon ausgegangen, dass die Lokalisierungsrate von EAST über 90 % liegt, 80 % der wichtigsten Geräte und Materialien unabhängig entwickelt werden und die Steuerungs-, Heizungs-, Diagnose- und anderen Technologien weltweit führend sind.

Selbstvertrauen, Selbststärkung und das Streben nach größeren Höhen sind die geistigen Grundpfeiler von Generationen wissenschaftlicher Forscher und bilden den kraftvollen Kern der „künstlichen Sonne“ Chinas.

Am 12. April 2023 feierten Gong Xianzu (rechts), Chefdirektor des EAST-Physikexperiments, und Song Yuntao (links), stellvertretender Direktor des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Direktor des Instituts für Plasmaphysik, in der Kontrollhalle des Experimental Superconducting Tokamak (EAST) den Erfolg des Experiments. Foto: Xinhua News Agency-Reporter Huang Bohan

Gemeinsam daran arbeiten, die „Sonne“ zum Leuchten zu bringen. Die wissenschaftliche und technologische Zusammenarbeit erstreckt sich über Kontinente und Ozeane

Im Juli 2020 sandte Präsident Xi Jinping ein Glückwunschschreiben zur Eröffnungszeremonie des großen Installationsprojekts des Internationalen Thermonuklearen Versuchsreaktors (ITER) und wies darauf hin, dass die Wissenschaft keine Grenzen und die Innovation kein Ende kenne. Die internationale wissenschaftliche und technologische Zusammenarbeit ist für die Bewältigung der globalen Herausforderungen der Menschheit von großer Bedeutung.

Mein Land hat 2006 eine Vereinbarung zum Beitritt zum ITER-Projekt unterzeichnet. Als wichtige Einheit der chinesischen ITER-Arbeitsgruppe hat das Institut für Plasmaphysik mehr als 100 Mitarbeiter zum französischen Projektstandort entsandt, um Beschaffungsaufgaben wie Leiter, Stromversorgung und Endmontage zu übernehmen. Es hat die internationale Evaluierung mit hervorragenden Leistungen bestanden und zählt zu den sieben größten internationalen Teilnehmern am ITER-Projekt.

Im April 2021 wurden die von China entwickelten supraleitenden Magnetspulen PF6 auf dem ITER-Projektgelände in Frankreich an Land gezogen. Nachrichtenagentur Xinhua

Peng Xuebing, ein Forscher am Institut für Plasmaphysik, sagte, dass sie vom Zeitpunkt der Auftragserteilung bis zur Auslieferung sieben Jahre gebraucht hätten, um eine Spulenkomponente für ITER herzustellen. „Manche Leute sagen, dies sei eine kalte Bank, aber in unseren Herzen brennt ein Feuer und wir ‚kollidieren‘ ständig mit dem Plasma-‚Feuerball‘.“

„Kein Land kann die Forschung zur ‚künstlichen Sonne‘ monopolisieren. Wir öffnen unsere Türen für die ganze Welt.“ Song Yuntao sagte, dass sie mit mehr als 120 Einheiten in 45 Ländern zusammengearbeitet hätten und jedes Jahr etwa 500 ausländische Wissenschaftler zum Gedankenaustausch kämen.

„Ich war mehr als 30 Mal in China, habe Experimente mit EAST durchgeführt und Vorlesungen für Studenten auf der Insel gehalten“, sagte Shigeru Morita, Professor am National Institute of Fusion Science in Japan.

„Es ist schwer vorstellbar, dass Chinas Fusionsenergieforschung in den letzten 20 Jahren so schnelle Fortschritte gemacht hat.“ Alain Becquerel, stellvertretender Generaldirektor der ITER-Organisation, besuchte Science Island vor über 20 Jahren als Doktorand. Er schätzt Chinas unerschütterliche Unterstützung der Fusionsenergieforschung sehr.

„Um die ‚künstliche Sonne‘ erfolgreich zu gestalten, müssen Wissenschaftler aus aller Welt viele Generationen hart arbeiten und gemeinsam forschen.“ Li Jiangang hofft, dass sich noch mehr junge Menschen diesem Projekt anschließen werden. „Wir haben das große Glück, dass wir die Träume der Menschheit, die Bedürfnisse der Nation und die Interessen der Wissenschaftler perfekt miteinander verbinden können!“

Panoramablick auf den umfassenden Forschungsanlagenpark für Schlüsselsysteme von Fusionsreaktoren (Foto aufgenommen am 12. September 2021). Nachrichtenagentur Xinhua

Unweit von EAST entsteht eine neue große wissenschaftliche Anlage – die umfassende Forschungseinrichtung für Schlüsselsysteme von Fusionsreaktoren. Der technische Entwurf für Chinas Fusions-Testreaktor der nächsten Generation mit „künstlicher Sonne“ ist abgeschlossen und das Ziel besteht darin, in Zukunft den weltweit ersten Fusions-Demonstrationsreaktor zu bauen.

„Die Kernfusionsforschung macht gute Fortschritte und der Staffelstab wurde an unsere Generation weitergegeben.“ Li Kedong, ein in den 1990er Jahren geborener Postdoktorand, sagte, dass er sich als vierte Generation im Team „Künstliche Sonne“ glücklich, verantwortlich und chancenreich fühle. „Wir hoffen, die Fusionsenergieerzeugung als erste in China zu realisieren und die erste Fusionsenergielampe in China zum Leuchten zu bringen!“