走进中国“人造太阳”诞生地

【导语】中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）近日取得重大突破，成功实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，再次刷新世界纪录。这一成就标志着中国在核聚变领域从基础科学向工程实践迈出了重要一(yī)步(bù)，为(wèi)全球(qiú)聚(jù)变(biàn)能(néng)源(yuán)研(yán)究(jiū)注(zhù)入(rù)了(le)新活力。本文将深入探访EAST的诞生地，解读其背后的技术挑战与未来应用前景。

走进中国“人造太阳”诞生地

中国(guó)“人(rén)造(zào)太(tài)阳(yáng)”——全超(chāo)导(dǎo)托(tuō)卡(kǎ)马(mǎ)克(kè)核(hé)聚(jù)变(biàn)实(shí)验(yàn)装(zhuāng)置(zhì)（EAST）1月(yuè)20日(rì)取(qǔ)得(de)重(zhòng)大(dà)突(tū)破(pò)，成(chéng)功(gōng)实(shí)现(xiàn)1亿(yì)摄(shè)氏(shì)度(dù)1066秒(miǎo)稳(wěn)态(tài)长(zhǎng)脉(mài)冲(chōng)高(gāo)约(yuē)束(shù)模(mó)等(děng)离(lí)子(zi)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)，再(zài)次(cì)刷(shuā)新(xīn)了(le)托(tuō)卡(kǎ)马(mǎ)克(kè)装(zhuāng)置(zhì)高(gāo)约(yuē)束(shù)模(mó)运(yùn)行(xíng)的(de)世(shì)界(jiè)纪(jì)录(lù)。近(jìn)日《环球时报》记者走进中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所，就EAST的进展、核聚变未来应用前景等问题专访了该所副所长(zhǎng)徐(xú)国(guó)盛(shèng)。

位(wèi)于(yú)合(hé)肥(féi)的(de)全超(chāo)导(dǎo)托(tuō)卡(kǎ)马(mǎ)克(kè)核(hé)聚(jù)变(biàn)实(shí)验(yàn)装(zhuāng)置(zhì)。（视(shì)觉(jué)中国）

“亿度千秒”世界纪录背后的15万次实验

徐国盛向《环球时报》记者介绍称，可控核聚变被视为“终极能源”，其原理是模拟太阳内部反应，通过氘、氚等轻元素聚变稳定释放能量。与核裂变相比，聚变能原料近乎无限（一升海水可提取的氘，通过核聚变反应产生的能量相当于300升汽油燃烧产生的能量），且无放射性污染，生成物是无害的氦。而托卡马克装置是实现可控核聚变的重要方向之一。中国“人造太阳”是世界首个非圆截面全超导托卡马克装置，研究长脉冲、高约束、稳态运行条件下的聚变堆物理和工程技术，包含超过200多项自主创新的核心技术。

徐国盛表示，托卡马克装置的运行原理是利用强磁场来约束高温的等离子体。但要想长时间维持等离子体稳定，需要在技术层面克服诸多挑战。首先，等离子体在1000秒的时间尺度内必须保持高度稳定，控制精度需达到毫秒、毫米量级。一旦控制不稳定，等离子体就会烧坏装置的部件。因为EAST装置面对等离子体的内壁材料虽然选用了熔点3000多度的耐高温金属，但面对被加热到1亿摄氏度以上的等离子体，一旦发生接触，内壁就会迅速熔化。所以必须长时间精准控制等离子体，使其不接触内壁材料，才能维持长时间运行。这就要求磁测量信号积分器测量时，在1000秒内漂移极低，以确保控制精度。

其次，主动冷却是EAST装置一大特色技术。徐国盛介绍说，等离子体运行时内壁材料表面温度较高，如果不能及时将热量带走，内壁材料也会超过熔点熔化，导致等离子体整体“熄灭”。因此，必须及时将热量排走，未来反应堆也必须做到这一点。

中国EAST装置在今年1月刷新了“亿度千秒”的世界纪录后，徐国盛回顾说：“从60秒到100秒，再到200秒、300秒、403秒，最后到1066秒。每一次都是一个里程碑，22轮物理实验，我们实验了整整15万次。成为开路者(zhě)是(shì)非(fēi)常(cháng)困(kùn)难(nán)的(de)。”

从(cóng)基(jī)础(chǔ)科(kē)学(xué)向(xiàng)工(gōng)程(chéng)实(shí)践(jiàn)的(de)重(zhòng)大(dà)跨(kuà)越(yuè)

在(zài)被(bèi)问(wèn)到(dào)如(rú)何(hé)看(kàn)待(dài)中(zhōng)国(guó)EAST装(zhuāng)置(zhì)刷(shuā)新(xīn)的(de)“亿(yì)度千秒”世界纪录时，徐国盛表示：“目前全世界都在讨论在全金属壁条件下，等离子体能否实现400-3000秒的运行。温度和密度以及约束时间三者乘积也被称为‘聚变三乘积’，缺一不可，我国此次的‘亿度千秒’不仅极大地增强了国际社会对聚变能源实现的信心，也为相关研究提供了关键数据支持。目前，仅中国实现了这一突破，向(xiàng)全世(shì)界(jiè)展(zhǎn)现(xiàn)了(le)中(zhōng)国(guó)在(zài)核(hé)聚(jù)变(biàn)领(lǐng)域的(de)强(qiáng)大(dà)实(shí)力(lì)。”

“亿(yì)度(dù)千(qiān)秒(miǎo)”的(de)实(shí)现(xiàn)还(hái)标(biāo)志(zhì)着(zhe)中(zhōng)国(guó)聚(jù)变(biàn)能(néng)源(yuán)研(yán)究(jiū)从(cóng)基(jī)础(chǔ)科(kē)学(xué)向(xiàng)工(gōng)程(chéng)实(shí)践(jiàn)的(de)重(zhòng)大(dà)跨(kuà)越(yuè)。EAST的(de)成(chéng)功(gōng)运(yùn)行(xíng)不(bù)仅(jǐn)是(shì)中(zhōng)国(guó)核(hé)聚(jù)变(biàn)研(yán)究(jiū)的(de)重(zhòng)大(dà)突(tū)破(pò)，也(yě)在(zài)国(guó)际(jì)核(hé)聚(jù)变(biàn)领(lǐng)域产(chǎn)生(shēng)了(le)深(shēn)远(yuǎn)影(yǐng)响(xiǎng)。法(fǎ)国(guó)正(zhèng)在(zài)建(jiàn)造(zào)的(de)国(guó)际(jì)热(rè)核(hé)聚(jù)变(biàn)实(shí)验(yàn)堆(duī)（ITER）是(shì)当(dāng)今(jīn)世(shì)界(jiè)规(guī)模(mó)最(zuì)大(dà)、影(yǐng)响(xiǎng)最(zuì)深(shēn)远(yuǎn)的(de)国(guó)际(jì)大(dà)科(kē)学(xué)工(gōng)程(chéng)项(xiàng)目(mù)之(zhī)一(yī)，中(zhōng)国(guó)是(shì)其(qí)成(chéng)员(yuán)国(guó)之(zhī)一(yī)。徐(xú)国(guó)盛(shèng)介(jiè)绍(shào)说(shuō)，中(zhōng)国(guó)不(bù)仅(jǐn)承(chéng)担(dān)了(le)ITER计(jì)划(huà)中(zhōng)约(yuē)9%的(de)核(hé)心(xīn)部(bù)件(jiàn)研(yán)制(zhì)任(rèn)务(wu)，更(gèng)通(tōng)过(guò)EAST为(wèi)ITER提(tí)供(gōng)了(le)长(zhǎng)脉(mài)冲(chōng)运(yùn)行(xíng)的(de)关键数(shù)据(jù)。中(zhōng)国(guó)承(chéng)担(dān)的(de)ITER任(rèn)务(wu)100%一(yī)次(cì)性(xìng)通(tōng)过(guò)国(guó)际(jì)评(píng)估(gū)，交(jiāo)付(fù)进(jìn)度(dù)和(hé)质(zhì)量(liàng)100%满(mǎn)足(zú)所(suǒ)需(xū)要(yào)求(qiú)，在(zài)七(qī)方(fāng)成(chéng)员(yuán)中(zhōng)创(chuàng)造(zào)多(duō)项(xiàng)第(dì)一(yī)。4月(yuè)11日(rì)，由(yóu)中(zhōng)国(guó)自(zì)主制(zhì)造(zào)的(de)最(zuì)后(hòu)一(yī)根(gēn)校(xiào)正(zhèng)场(chǎng)线(xiàn)圈(quān)内(nèi)馈(kuì)线(xiàn)完(wán)工(gōng)，运(yùn)往(wǎng)法(fǎ)国(guó)总(zǒng)部(bù)。

核(hé)聚(jù)变(biàn)带(dài)动(dòng)的(de)技(jì)术(shù)已(yǐ)造(zào)福(fú)人(rén)类(lèi)

徐(xú)国(guó)盛(shèng)表(biǎo)示(shì)：“目(mù)前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)装(zhuāng)置(zhì)只(zhǐ)是(shì)证(zhèng)明(míng)了(le)原(yuán)理(lǐ)可行性，而没有真实产生能量。正在建造的聚变能实验装置（BEST）将真实产生能量，预计在2027年底建成，在全球率先演示聚变发电。此外，装置还将利用聚变产生的中子来制造更多的聚变燃料，证明燃料在装置内可以自持。这将更加接近未来反应堆的实际运行情况。最终，证明工程上的所有技术都可行后，我们将开始建设真正能够产生电能的示范发电站，这个示范发电站将把电能接入电网，证明电能的转化和自持能力。”

根据中国磁约束核聚变路线图，下一代“人造太阳”——中国聚变工程示范堆（CFEDR）正在开展工程设计，未来将瞄准建设世界首个聚变示范电站。从EAST到BEST再到CFEDR，中国聚变能(néng)应(yīng)用(yòng)正(zhèng)在(zài)实(shí)行(xíng)“三(sān)步(bù)走(zǒu)”战(zhàn)略(è)。总(zǒng)体(tǐ)来(lái)看(kàn)，核(hé)聚(jù)变(biàn)发(fā)电(diàn)的(de)实(shí)现(xiàn)仍(réng)需(xū)克(kè)服(fú)多(duō)项(xiàng)技(jì)术(shù)难(nán)题(tí)，但(dàn)EAST的(de)突(tū)破(pò)为(wèi)这(zhè)一(yī)目(mù)标(biāo)提(tí)供(gōng)了(le)重(zhòng)要(yào)支(zhī)撑(chēng)。

聚(jù)变(biàn)能(néng)被(bèi)视(shì)为(wèi)核(hé)能(néng)发(fā)展(zhǎn)的(de)终(zhōng)极(jí)目(mù)标(biāo)。开(kāi)展(zhǎn)磁(cí)约(yuē)束(shù)核(hé)聚变研究，除了用核聚变能源点亮世界，实现人类清洁能源梦想之外，聚变产业也在推动全链条产业的发展，比如超导、电源、材料、低温制冷等技术已应用在交通、医疗、航天等领域。徐(xú)国盛对《环球时报》记者说道：“聚变之路依然漫长，但每一次突破都在缩短理想与现实的距离。”

本文为·创作培育计划扶持作品

作者：环球时报

出品：中国科协科普部

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