潘垣：追逐“人造太阳”
原标题：他追逐“人造太阳”，建设世界顶级脉冲强磁场实验室
1984年9月21日，由我国自行设计和研制的最大受控核聚变实验装置“中国环流器一号（HL-1）”，在四川乐山近郊的核聚变实验基地成功建成启动。可控核聚变反应装置也被称为“人造太阳”，从此，世界核聚变研究领域真正第一次出现“中国”的名字。这其中离不开无数科研人员的心血与汗水，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潘垣就是其中之一。
潘垣在纪念“12·9”运动82周年大会上开幕致辞照
潘垣是中国最早一批从事核聚变研究的科研人员之一，中国核聚变电磁工程和大型脉冲电源技术的主要开拓者；负责研制“小龙-2”和“凌云”核聚变等离子体实验研究装置，参与主持“中国环流器一号”的研制建造，解决了许多重大技术难题；负责完成了托卡马克HT-6M的脉冲电源与控制系统的升级改造。
艰苦求学，考上武汉大学电机系
1933年，潘垣出生于湖北省宜昌市，幼年丧父，母亲将他带大。1938年，武汉沦陷，宜昌危急，并遭大轰炸。潘垣一家三口祖父、母亲和他沦为难民，所以他小学只能断断续续的读书。最难忘的是1943年，日寇进攻湖北宜昌石牌要塞，潘垣一家随同众多难民和农民，躲避在长阳大山山洞的日子。目睹了日军的种种暴行，深深地震撼了他幼小的心灵。
1945年，日本投降后，潘垣返回宜昌，入读宜昌县立中学、省立第三中学、华英中学和宜昌一中。读书期间，潘垣还取得了宜昌市数学竞赛一等奖和物理竞赛二等奖。
潘垣武汉大学学生履历表登记照
1951年，潘垣考取了武汉大学电机系。当时武汉大学聚集了一批优秀的理工教师，为潘垣打下了良好的数理基础。
1953年，全国院系调整，潘垣也随之转入华中工学院。1955年，潘垣毕业，后被分配到武汉电管局中心试验所工作。一年后，他任高压组组长，负责建设高压实验室，三年后被选调进入二机部401所（原子能研究所）。
投身聚变，研发环流器一号
1958年，潘垣进入401所，即被分配到新组建的14组（后升为14室），开启了我国磁约束核聚变的科学研究，也迎来了他人生的重大转折。在老一辈科学家严谨的治学态度和实事求是的学术范风的影响下，经过不断的科研实践和个人努力，潘垣的学术水平得以快速成长起来。
在401所，潘垣先后主持了小型核聚变装置“小龙Ⅱ”“凌云”等的设计研制，并撰写了多篇论文。
1969年，潘垣随401所14室内迁四川乐山，并与东北503所合并，组建585所（磁约束核聚变研究所）。在这里，他参与主持建成了我国第一项重大科技基础设施中型托卡马克实验装置——中国环流器一号（HL-1）。
早在1969年，潘垣调研发现，自1968年国际聚变大会报道了原苏联T-3托卡马克的突出实验结果后，美国等西方大国立即作出调整，转向托卡马克，并很快成为聚变研究的主流。
1970年，潘垣提出尽快调整方向，转向托卡马克。在585所党委领导下，经过两次“会战”，于1970年底向二机部党组汇报并得到批准后，在李觉副部长带领下，向国防科委副主任朱光亚做正式汇报，汇报由潘垣主讲。1972年国家计委正式批准下达，总投资6500万元，代号451工程“意即第4个5年计划第1号工程”。为此，585所专门成立了451研究室，潘垣任总体组副组长（总体组组长是老科学家李正武先生）兼任脉冲电源和控制系统分室主任。
潘垣工作照
环流器一号建造工程启动之初，参考材料极为缺乏，工程设计人员手里仅有介绍原苏联相关装置概况的4页文章。至于装置的每一个部件具体该怎样设计，则需要自己摸索琢磨。
经历十多年的艰苦攻关，他们成功研制了中国环流器一号。在此期间，潘垣还主持研制成功两台中国容量最大的交流脉冲发电机组，并一直应用至今。
潘垣1972-1980在585所工作时主持研制的两台8万千瓦脉冲发电机组
中国环流器一号取得了多项科研成果，并获国家科技进步一等奖，为中国受控核聚变的研究和发展提供了重要的实验平台。它标志着我国受控核聚变研究由原理探索进入到规模物理实验阶段，使我国成为除美国、前苏联、日本和西欧外，自主研制成功中型托卡马克核聚变研究装置的国家。潘垣正是凭借这项巨大贡献，成功当选为中国工程院院士。
1983年10月，潘垣进入中国科学院等离子体物理研究所，任第二研究室主任同时先后兼任所学术委员会副主任及主任。他继续从事核聚变研究，负责完成代号 HT- 6 M托卡马克（其规模仅次于585所的HL-1）升级改造，实现了基于大型电容器组电源下的脉冲平顶波形和等离子体位形精准反馈控制，从而实现了一兆瓦离子回旋共振加热等离子体的指标。
1988年8月至1992年2月，潘垣先后应邀赴位于英国的欧洲联合托卡马克JET和美国德克萨斯大学（奥斯汀）聚变研究中心的TEXT-U托卡马克从事聚变研究。1998年10月，潘垣进入华中科技大学，任电气与电子工程学院名誉院长兼国防科技委主任，继续从事核聚变研究。
在科技部领导下，他作为我国核聚变专家组和专家委员会成员，参与论证并成功实现我国参加了当代最大的国际合作大科学工程——国际热核实验反应堆（ITER）计划。随后，充分借助中美磁约束聚变合作计划，成功将美国的TEXT-U主机与电源搬迁到我国，经过改进与充实，重建于华中科技大学，并命名为J-TEXT，成为教育部磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室。
基于该装置，潘垣带领团队针对ITER最突出的科技问题——等离子体大破裂，开展了十几年的理论与实验研究，取得的成果已被ITER顾问专家委员会选定为ITER的4台预实验装置之一（其他三台为美国DⅢ-D装置、欧盟JET装置和韩国KSTAR装置）。
针对聚变堆材料和氚处理技术，潘垣提出了基于两级级联磁压缩原理的氘氘聚变中子源，进而可探索实现氘氘脉冲聚变能源的创新方案，已得到相关部门的支持。此外，潘垣还兼任我国“惯约”专项的专家委员会委员。
从无到有，建成国家脉冲强磁场科学中心
上世纪末，潘垣敏锐的注意到，自上世纪80年代发现高温超导以来，欧、美相继建设了脉冲强磁场实验室。他随即于2001年提出应尽快建设中国脉冲强磁场实验装置，得到学校领导支持后，立即组织队伍，依托J-TEXT大型脉冲发电机组和由他开启的脉冲功率技术，正式向国家申报“十一五”重大科技基础设施计划，并顺利通过专家评审。2007年正式启动建设，同时在他的推荐下，引进了首席专家李亮教授。2013年实验室建成，2014年顺利通过国家验收。这是教育部部属高校和湖北省首个国家重大科技基础设施——武汉国家脉冲强磁场科学中心。
截至2021年8月，脉冲强磁场实验装置已累计开放运行超过6万小时，为来自北京大学、清华大学、中科院物理所、美国哈佛大学、英国剑桥大学等103家国内外科研机构开展科学研究1389项，在高温超导、拓扑半金属、分子磁体、石墨烯等前沿研究领域取得丰硕成果，在Science、Nature子刊、PRL、JACS等高水平期刊发表SCI收录论文1190篇，有效推动了我国基础前沿学科的发展。
2019年，脉冲强磁场实验装置获国家科技进步一等奖。2021年，脉冲强磁场优化提升项目（二期工程），经多轮专家评审，已获批纳入“十四五”国家重大科技基础设施建设计划。
潘垣在华中科技大学电气与电子工程学院2014级第一次保研大会上（2017年）
以国家需求导向，不断自主创新
潘垣早在中科院等离子体物理所工作时，就研制出针对大型发电机内部事故的氧化锌非线性电阻快速灭磁保护技术，并成功实现了产业化推广。近年，针对京、津、冀严重雾霾问题，他提出通过建设柔性直流电网，解决大规模风电并网问题，进而实现以电代煤，以电代油，电从华北风场来的技术方案，并上呈习总书记并中央，获得了习总书记批示，经李克强总理和张高丽副总理批示部署，在国家能源局领导下，由国家电网公司负责，顺利建成了张北柔性直流电网国家示范工程，从而为2022年冬奥会的举办，提供了优质环境保障。
同时，他还与上海思源电气合作研制出世界首台50万伏机械型直流断路器。他指导团队研制出了全球开断容量最大的高压、超高压交流断路器和交流限流器；发明了基于液电脉冲激波原理的油、气增产新技术，以及带电粒子“催化”人工降雨新技术，已在祁连山和六盘山实验站得到初步验证。
宁夏六盘山-单电极装置
数十年来，潘垣从未停止科研脚步，他始终瞄准国家需求和国际前沿课题，积极参与国际大科学工程，贡献“中国方案”。虽已88岁高龄，但他仍坚持在科研一线，以实际行动践行习总书记的期望“鞠躬尽瘁，不懈奋斗”！
文：采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院
参考文献：
[1]《潘垣院士学术成长资料研究报告》，老科学家学术成长资料采集工程
[2]《潘垣院士学术成长资料长编》，老科学家学术成长资料采集工程
[3] 国家脉冲强磁场科学中心[OL]. 中心简介http：//whmfc.hust.edu.cn/zxgk/zxjj.htm
[4]1984年9月21日 中国环流器一号建成启动[OL]. 科普中国http：//www.xinhuanet.com/science/2017-09/21/c_136623812.htm
[5]夏静. 新时代“夸父逐日” ！华中大潘垣院士团队为“人造太阳”耕耘二十年[N]. 光明日报，2020.12.22.
[6]王欢、梁潇. 追逐“人造太阳”的第一步[N]. 四川日报，2009.9.18.
[7]本文图片来源于老科学家学术成长资料采集工程
