万元熙,1939年12月出生于四川绵竹。1958年至1964年在北京大学物理系理论物理专业学习;1964年至1968年在北京大学物理系研究生班原子核理论专业学习。1973年10月起,参与创建中国科学院等离子体物理研究所,先后担任研究室副主任、主任,研究所副所长和所长;1983至1985年在美国Texas大学聚变研究中心工作;1997年开始担任国家“九五”重大科学工程EAST超导托卡马克核聚变实验装置项目总负责人(总经理)。现任中科院等离子体所研究员、中国科学技术大学核科学技术学院院长、国际热核聚变实验堆(ITER)科学技术顾问委员会主席、ITER总体控制和协调中方代表。2009年当选为中国工程院院士。
万元熙长期从事磁约束核聚变研究,为中国磁约束聚变研究进入国际前沿和这一研究领域的国际交流、合作与发展做出了重要贡献。
一、在国家重大科学工程EAST建设及实验方面的重要贡献
在完成了多个聚变实验装置设计、建造并积累了丰富经验的基础上,他作为国家重大科学工程EAST项目负责人,将托卡马克聚变研究中的重要物理要求和超导关键技术成功集成,提出并完成了具有先进磁场位形的全超导托卡马克总体设计。他带领整个团队,用近10年时间,自主设计、研发、加工制造了所有关键部件,提出了总装方案,使难度和风险极大的系统总装顺利完成,工程一次调试成功,率先在世界上建成先进全超导托卡马克聚变实验装置。
在EAST建造过程中,他的重要贡献是:全面负责国家“九五”重大科学工程“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”(后改称EAST)的立项、设计、预研、建设、工程调试和实验运行;主持确定了自主研发超导托卡马克主机及辅助系统的技术路线,提出了自主研制和生产超导铠装电缆导体、大型超导磁体、真空压力浸漆、精密线圈盒加工等关键部件;建立了科学管理和质量控制体系并全力组织实施,确保了各项工程参数达到或超过设计指标,使装置圆满建成并在一次调试成功后顺利投入运行。装置具有完整自主知识产权,是世界上率先投入运行的,在全超导和非圆截面上类似于国际热核聚变实验堆ITER的新一代托卡马克。
在EAST建设过程中,他的主要科学技术贡献包括以下8个方面。
(1)提出具有先进物理目标的全超导非圆截面托卡马克总体设计方案,主持完成了项目物理设计、可行性研究报告和扩初设计。先进的总体设计确保了EAST在工程、物理方面处于国际前沿。
(2)提出大体积、非圆截面、双层全金属硬结构真空室设计方案,它可大大降低等离子体破裂导致的极向场磁体绝缘击穿和失超风险并能实现多种先进等离子体位形;提出在双层真空室夹层中充硼化水,有效吸收中子能量,减少核热,保护超导磁体。
(3)主持完成EAST全部关键技术方案论证和预研,使EAST工程自研率达到90%以上,为超导工程技术在聚变领域的发展探索了宝贵经验。
(4)全超导托卡马克主机将不同温区的部件在有限空间内高度集成,在室温下安装,极低温下运行,因此总装难度和风险极大。他提出超导磁体、真空室及内冷屏三环套装总装和准直测量方案,使主机安装和工程调试一次成功。
(5)分析了全超导托卡马克各磁体系统在各种运行条件下的风险,提出了安全运行及失超保护的一系列判据和准则,主持建立了完善的工程联调安全联锁系统,在工程调试中确保了装置安全运行。
(6)主持了国内最大超导磁体测试系统的建立,制定了超导磁体测试方案并参加了所有磁体测试实验,为EAST的成功奠定了坚实的实验基础。
(7)提出了在总装过程中对全部超导磁体进行降温通电的特殊的工程调试方案和在强干扰复杂情况下检测失超保护的实验方案,确保了工程调试在安全前提下一次成功。
(8)主持实验,实现了拉长比接近20,三角形变07的大拉长比偏滤器等离子体放电,证明了装置的物理、工程设计正确、先进。
国家验收评价:“EAST全面优质完成了工程建设任务,实现了预定各项指标。与国际同类装置相比,以最少资金、最快速度在世界上率先建成,目前处于国际同类装置领先水平”,EAST的成功建设被国际聚变界誉为“是全世界聚变能开发的重要里程碑”。项目的研制获2008年度国家科技进步一等奖。
二、促进国际交流,参加重大国际合作,为国际聚变研究做出重要贡献
他开创了与美国德州大学聚变研究中心(FRC)延续至今的精诚合作;发起IAEA“聚变装置稳态运行”和“第一代聚变能电站-设计和技术”两个广受重视的国际系列会议。长期的国际交流及在EAST的成功建设和运行方面的宝贵经验,使万元熙的工作得到国际同行的广泛认可和赞赏。他多次受邀在本领域最重要的国际会议上作邀请报告、主旨报告和总结报告等;2007年被ITER理事会推选为科学技术顾问委员会副主席,2010年又被推选为主席,领导由世界著名聚变专家组成的委员会对ITER的科技决策做出重要贡献;还被提名为ITER总体协调和控制的中国代表。通过领导和参与这些工作,他为国际核聚变研究做出了重要贡献,也大为促进了中国在ITER的科技决策中发挥作用。
三、由于在国内外聚变研究中的贡献,经各方推荐,万元熙被任命为中国科技大学核科学技术学院院长,承担了培养更多优秀核科学技术人才的重任万元熙共培养博士7名,硕士1名;发表文章32篇;与他人合作撰写、编辑英文文集一部。他学风严谨、正派,事业心强,不计名利,始终维护和发扬等离子体所的大科学团队精神。
万元熙具有坚实的聚变物理基础和主持大科学工程的丰富经验,是我国托卡马克聚变研究和工程技术领域重要学科带头人之一。