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 华中科技大学中国工程院院士潘垣近照(图片转自湖北新闻网)
啊!好一位“不靠拉选票”的院士
──记 华中科大核物理学的的奠基者和掌门人中国资深核专家 中国核聚变电磁工程和大型脉冲电源技术的开拓者 潘垣教授 博导
他,一路走来,一路开花。潘垣,磁约束聚变技术和高功率脉冲电源技术专家。他是我国最早从事核聚变研究的主要成员之一,也是我国核聚变电磁工程和大型脉冲电源技术的主要开拓者。六十年代,他负责研制“小龙-2”和“凌云”项目;七十年代至八十年代前期,他参与主持我国首台大型托卡马克中国环流器一号(HL-1)的研制建造,负责工程方案设计、总体电磁工程和脉冲电源与总控系统,解决了许多重大技术难题;以后他又负责完成中型托卡马克HT-6M的脉冲电源与控制系统升级改造和磁约束核聚变领域首项国家自然科学重点基金项目,他还将核聚变电磁工程技术成功地应用于国民经济和国防建设。1998年,他调入华中科技大学,任电气学院名誉院长,校学术委员会副主任,校国防科技研究院学术委员会主任。他积极推动新兴学科建设。曾获国家科技进步一等奖,中国科学院、国防科委和核工业部科技进步一、二、三等奖多项;共获专利9项,其中获中国专利优秀奖1项。1997年当选为中国工程院院士。现被聘为国际热核聚变实验堆(ITER)计划中国专家委员会委员。
不平凡的岁月铸就了潘垣辉煌的人生
潘垣,祖籍扬州,1933年8月8日出生在湖北宜昌市培新路一个中医之家。他两岁丧父,不久抗日战争爆发,童年的他就是在战乱逃亡中度过的。那时,一家三口,祖父、母亲和他,生活主要靠母亲种菜、磨豆腐糊口。因此,他的小学只能是“半工半读”,遇上日寇侵袭,一家人随着众多难民辗转迁徙,所以他的小学又是断断续续。但是,不管生活如何艰难,母亲仍坚定不移地支持他上学读书,年迈的祖父还教他习字绘画。为了节省,他常以柴炭为笔,大地为纸,从不虚度时光。正是这段艰辛的岁月,培养了他勤奋好学、艰苦朴素的禀性。 1945年深秋,他全家回到了满目疮痍的家乡宜昌。中学时代,随着年岁和学业的增长,学校和老师对他的影响日渐加深,听老师讲述的有关萨凡奇(一位热心三峡水电工程的美国水利专家)的故事和未来三峡电站的宏伟蓝图,他纯真的心灵中充满憧憬,这也成了他宜昌高中(今宜昌一中)毕业,后报考武汉大学电机系的主要动机。 他的大学和随后的年代,正是新中国成立后的50年代。火热的岁月,天翻地覆的变化,深深地印记在他心中,并化作满腔热忱融入他的工作里。大学毕业才两年,他在武汉电管局中心试验所就被任命为高电压组组长。一年后,也就是1958年8月,他被挑选进入中国老年最著名的科技前沿研究所——原子能研究所,从此开始了他一生为之追求的事业——受控核聚变。 1969年,他奉命调赴三线,参加二机部西南物理研究所的创建工作,参与制订二机部的核聚变发展规划,率先提出调整研究方向重点转向托卡马克途径的建议。随后负责完成中国环流器一号HL-1的工程方案设计,参与完成物理方案设计。作为总体副组长负责总体电磁工程、脉冲电源与控制系统,并参与主持完成HL-1的研制建造。1982年,他晋升高级工程师。 1983年后,他被调入中科院等离子体物理所,先后任研究室主任和所学术委员会主任等职,并继续从事受控核聚变与等离子体物理研究,主要有HT-6M托卡马克电源与控制系统升级改造、国家自然科学重点基金“改善托卡马克等离子体磁约束性能的新理论和新途径”等。 他还成功地将阶段性聚变技术成果开发应用于国民经济建设和国防建设,取得多项成果。在此期间,他先后应邀在大型托卡马克JET(欧共体)和中型托卡马克TEXT-U(美)从事研究工作。1986年,他晋升研究员,并被评为博士生导师,1997年当选中国工程院院士。 1998年,他转入教育界,在华中科技大学任教授,并担任校学术委员会副主任、国防科学技术委员会主任、电气与电子工程学院名誉院长等职。 四十多年来,潘垣虽然走过了一条曲折的道路,但在科技学术上仍做出了富有创新意义的的重大贡献。如今他已年过七旬,尚未停歇,还常常告诫自己:生命不息,奋斗不止。

70年代中在全国聚变工程学术会议上,作“中国环流器1号”相关的学术报告 (图片转自武汉大学电气工程学院网)
中国磁约束聚变工程与脉冲功率技术的奠基者
潘垣是我国最早从事核聚变研究的主要成员之一,是我国核聚变电磁工程和脉冲功率技术的主要开拓者,至今还一直活跃在核聚变研究的前沿。 1958年,潘垣先后参加了我国最早的两套核聚变实验装置的研制:代号“雷公”的直线箍缩装置和代号“小龙”的磁镜绝热压缩装置。1964年,他作为主要负责人完成“小龙”升级改造为“小龙-2”的设计改造,并研制出并联火花球隙型脉冲大电流短路放电开关(Crowbar)和大容量脉冲电容器组保护线路,解决了在电容电压过零时刻并联火花球隙同步触发导通技术。1966年他主持制订了代号“凌云”的仿星器装置的工程物理方案与技术设计,研制出磁面磁体、环向偏滤器和无极等离子体喷枪等。 1970年后,潘垣参与主持了451工程HL-1的研制。“中国环流器一号”HL-1是我国首台大科学工程规模的托卡马克核聚变装置。七十年代,潘垣负责完成“中国环流器一号”HL-1的工程方案设计,参与完成物理方案设计。立项后,作为总体副组长兼脉冲电源与控制系统分室主任,他在负责HL-1总体电磁工程和脉冲电源系统和总控系统研制建造中,深入一线,创造性地解决了多项关键技术,主要有: 提出HL-1装置的环形磁体采取跳跃接线分组和平衡桥式接地的新颖方案,大大提高了磁体在故障态下装置的力学稳定性,减小了磁体及其电源系统的对地电位只有整环电压的四分之一,并有利于对磁体绝缘监测及保护。 制订了HL-1脉冲电源及总控系统的总体技术方案,设计了有一定特色的电源系统主回路、总控逻辑程序和保护逻辑程序。提出并论证了8万千瓦交流脉冲发电机采用双Y相移30°电角度的六相机型,解决了整流谐波导致电机转子表面过热等问题,导出了该型电机的等值物理模型及其电磁方程和带整流负载时的等效网络,并研制出脉冲电流的励磁调控程序,脉冲电流波形质量达到当时国际先进水平。而这些都是在遭受封锁的七十年代和艰苦的大三线环境中,完全依靠自力更生独立研制建成的。该大型脉冲电源至今仍在我国核聚变研究领域发挥着重要作用。1987年,“中国环流器一号”HL-1获得国家科技进步一等奖,其两大主要脉冲电源系统均获核工业部科技进步一等奖。 1983年,潘垣调中科院等离子体物理所后,他又负责完成了该所当时的主要托卡马克装置HT-6M的脉冲电源及控制系统升级改造。研制出8千伏/2万安培晶闸管直流断路器和控制托卡马克等离子体平衡的1兆瓦快响应反馈控制系统,将等离子体平衡位移偏差控制在3mm以内,达到当时的国际水平。此后,作为主要负责人他又获得磁约束聚变领域的首项自然科学重点基金“改善托卡马克等离子体磁约束性能的新理论和新途径”。他所提出的电场漂移电子注入方法及注入实验已在HT-6M装置上得到验证,实现了托卡马克放电的低环压起动。 此外,作为访问学者,他还先后在JET(欧共体)和TEXT-U(美国德克萨斯大学聚变研究中心)两托卡马克装置上开展了工程与实验研究。正是他在访问研究中的良好记录,方使得他前些时候与德克萨斯大学聚变研究中心主任Kenneth Gentle教授成功签署合作协议,TEXT-U将移迁我国华中科技大学,开展合作共建和联合实验研究。

2002年在脉冲功率技术展板前留影(图片转自武汉大学电气工程学院网)

2003年与鲁汶大学来访学者(有国际脉冲强磁场之父之称)Fritz erlach 教授及夫人合影 (图片转自武汉大学电气工程学院网)
中国核聚变技术开发应用的推动者
磁约束受控核聚变是高技术集成度很高的综合性大科学工程。潘垣成功地将阶段性聚变技术成果开发应用于我国国民经济建设和国防建设。 作为技术负责人,潘垣领导了大型同步发电机氧化锌非线性电阻灭磁及转子过电压保护的研究与电站现场的工业试验,解决了最严重灭磁工况的确定,氧化锌多元件均能组合优化及发电机定转子能量耗散分布等问题,终于在白山水电站国内当时最大型30万千瓦机组上试验成功并投入运行。与国外采用的非线性度不高的碳化硅灭磁保护技术相比,高能氧化锌非线性电阻灭磁技术为我国独创,可大大缩短发电机在事故态下的灭磁时间。该项成果获中科院科技进步二等奖,相关技术获国家专利两项。该项技术已在全国大中型电站广泛推广,对保证我国大中型发电机组乃至电力系统的安全运行起了重要作用。 在负责303EMG实验电磁炮的研制过程中,潘垣提出了具有独创性的技术方案,即电磁箍缩炮(前级)与电磁轨道炮(主炮)相串级的全电磁炮方案,1988年完成研制与发射实验,指标达到:弹丸质量30.2克,出膛速度3公里/秒。专家鉴定认为:“这一指标已达到美国八十年代初中期水平,与西德、英、日等国近期水平相当。303EMG实验电磁炮的发射成功,使我国电磁发射技术进入了国际先进行列,标志着我国电磁发射技术方面开辟了一个重要领域,并为我国战术电磁炮的研究奠定了基础。”1989年,该项成果获中科院科技进步一等奖。 潘垣负责并系统地研究了补偿脉冲发电机CPA(Compulsator),已完成两台不同机型的研制,一台为25兆瓦被动CPA,已用于连发实验电磁炮;另一台为10兆瓦串级补偿CPA,是根据他提出的串级补偿思想而研制。后一型CPA的脉冲电流增益高出美国同类装置近2个数量级,且具调幅调频功能,不仅紧凑小型,且可依靠剩磁自激起励。这项成果已获中国专利优秀奖。他还提出由电容器建波头由CPA提供主发射的连发电热炮脉冲电源方案,已经模拟实验验证,并获国务院专利局批准的发明专利权。 近年,他还与他指导的研究生一道,开展了液电脉冲等离子体和毛细管脉冲等离子体的研究,发表多篇论文。

建设中的J-TEXT装置(图片转自武汉大学电气工程学院网)
华中科技大学电气学院学科建设的促进者
1998年,潘垣调入华中科技大学,任校学术委员会副主任和电气与电子工程学院名誉院长。他积极参与制订学院新世纪学科建设规划,提出学科建设必须面向国家重大战略需求,瞄准学科发展前沿,依托传统优势学科,有重点有步骤地开拓新兴学科。为此,他竭心尽力,通过参与竞争,集成课题,争取条件,把握机遇,已初步形成若干新的学科增长点。 在新能源发电方面,从我国能源可持续发展的中长期战略考虑,他建议选取太阳能热气流发电和受控核聚变为主要学科发展方向。前者可实现太阳能的大规模开发,缓解我国能源中近期所面临的困境和矛盾。后者是借助中美合作共建TEXT-U中型托卡马克装置的难得机遇,前瞻性地对本世纪下半叶的主力能源核聚变预作布局。 在电力输配系统方面,他积极倡导将超导电气与电力技术相结合,推动传统电力技术改造,并预言,这极有可能形成一门新的学科方向——超导电力科学技术。对此,他提出了若干新的概念和新的科学课题,如电力系统快速响应容量、电力系统与超导电器间动态相关性等。在他的推动下,电气学院成立了超导电力研究中心,组织团队争取国家项目。这些努力已经在全国的相关部门和单位得到积极响应。 在电气应用新技术方面,他积极组织队伍,引进人才,成立脉冲功率与等离子体研究中心,多渠道地争取项目,开展脉冲功率与等离子的科学技术研究,包括:代号“神光Ⅲ”的激光核聚变能源模块、高比能高比功率脉冲电源(电容器型脉冲电源和补偿脉冲发电机型脉冲电源),低温等离子体及应用、脉冲强磁场科学技术等。 潘垣也非常关心传统电气学科的发展,多次去三峡为三峡电站的电力系统多功能动模实验室的建设争取支持,还为新型电机专业实验室的充实发展出力献策。现在,电气学院的重点学科已增至2个,学科建设规划已初具雏形,一个团结进取、欣欣向荣的局面已开始展现出来。
学风正派树楷模 品格高尚照后代
几十年来,无论是在十年动乱时期,还是在艰苦的大三线环境,或是工作单位、岗位变动,潘垣始终都以满腔热忱献身于祖国的科学事业,而且一直保持着充沛的进取精神,坚持在一线前沿。他思想活跃富于创新,却又勤奋钻研治学严谨。他学风正派,无论是对科技成果的评价,学术方案的论证,或是科学问题的研讨,他都敢于坚持实事求是的科学态度亮明观点,即使处于少数也不退缩。但是,在成果荣誉面前,他却能顾全大局,发扬风格,尽管做出了重大贡献,但从未计较对他个人名次的排定。正是他的这些优良学风和品格,赢得了所有他工作过的单位的广大科技人员的尊重和赞誉。也正如潘垣所言:“漫长的人生道路上,总要经历若干次转折。道路往往是曲折坎坷、荆棘丛生,一帆风顺是极少的。但逆境能磨炼人的意志和品格。只有那些不畏艰险、勇于献身的人,才能体会到那苦尽甘来的最后喜悦。”这是潘垣最好的人生写照,也是潘垣最好的一幅自画像。笔者愿和广大读者一道从正面欣赏这幅画像的雄奇壮美,更应从画像背面悟出一点什么真谛?
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