中國“人造太陽(yáng)”首次實(shí)現“億度千秒”，意味著(zhù)什么？

界面新聞?dòng)浾?| 戴晶晶

　　中國“人造太陽(yáng)”進(jìn)度再次迎來(lái)刷新。

　　1月20日，位于安徽合肥的全超導托卡馬克核聚變（EAST）實(shí)驗裝置實(shí)現了超億度、1066秒的長(cháng)脈沖高約束模等離子體運行，創(chuàng )下了托卡馬克裝置穩態(tài)高約束模運行新的世界紀錄。

　　該運行時(shí)長(cháng)突破了千秒量級，較EAST于2023年4月創(chuàng )造的403秒原紀錄，延長(cháng)了約1.5倍。

　　“聚變反應達到千秒量級才能自我維持，跨越‘億度千秒’意味著(zhù)人類(lèi)首次在實(shí)驗裝置上模擬出未來(lái)聚變堆運行所需的環(huán)境?！敝袊茖W(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(cháng)、等離子體物理研究所所長(cháng)宋云濤稱(chēng)。

　　據新華社報道，這標志著(zhù)中國聚變能源研究實(shí)現從基礎科學(xué)向工程實(shí)踐的重大跨越，對人類(lèi)加快實(shí)現聚變發(fā)電具有重要意義。

　　核聚變是輕原子核結合成較重原子核并放出巨大能量的過(guò)程。由于聚變原材料資源相對豐富，且無(wú)污染排放，因此可控核聚變被一直認為是人類(lèi)解決能源問(wèn)題的重要出路，視為“終極能源”。

　　聚變三重積（等離子體溫度、密度和能量約束時(shí)間的乘積）是衡量聚變效果的參數，學(xué)術(shù)界認為該數值達到10的22次方時(shí)，聚變反應輸出的功率才能大于等于為驅動(dòng)這一反應而輸入的功率，達到點(diǎn)火條件（Q>1），Q>10則是商用條件。

　　由于地球上難以形成太陽(yáng)內部的壓強，聚變裝置需要將等離子體溫度加熱至1億攝氏度以上，并使高溫等離子體維持一定時(shí)間才有機會(huì )實(shí)現聚變。

　　在各類(lèi)核聚變技術(shù)路線(xiàn)中，托克馬克被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”，其裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著(zhù)線(xiàn)圈，像一個(gè)甜甜圈，在通電時(shí)內部會(huì )產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度。

　　“按照聚變三重積，1億攝氏度、千秒是實(shí)現聚變的必要條件，不是充分條件?！币晃痪圩冃袠I(yè)的專(zhuān)家對界面新聞表示，但未來(lái)核聚變商業(yè)化運行需要長(cháng)時(shí)間運行，EAST長(cháng)時(shí)間運行經(jīng)驗具有很大的意義。

　　據EAST物理實(shí)驗總負責人龔先祖介紹，最新的實(shí)驗考驗了裝置各項系統的穩定性，科研人員提升加熱系統穩定性、控制系統精準性、診斷系統精確性，解決了等離子體物理集成、壁材料排熱等前沿問(wèn)題。

　　EAST裝置是中國新一代可控核聚變研究裝置，也是全球首個(gè)全超導非圓截面托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置，為國際上最重要的核聚變研究實(shí)驗平臺之一。

　　該裝置由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主研制，于2006年9月28日建成，并首次等離子體放電成功，至今等離子體運行次數超過(guò)15萬(wàn)次。

　　2021年5月，EAST成功實(shí)現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行。當年12月，該裝置將電子溫度近7000萬(wàn)攝氏度的長(cháng)脈沖高參數等離子體維持了1056秒。

　　對于最新的突破，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所EAST大科學(xué)團隊指出，億度千秒量級穩態(tài)高約束模的實(shí)現充分驗證了聚變堆高約束模穩態(tài)運行的可行性。

　　托卡馬克裝置運行模式可分為高約束模式和低約束模式，EAST采用的高約束等離子體運行模式效率高、經(jīng)濟性強，是國際熱核聚變實(shí)驗堆計劃（ITER）、中國聚變工程實(shí)驗堆（CFETR）等未來(lái)聚變實(shí)驗堆和工程堆穩態(tài)運行的基本模式。

　　EAST實(shí)現“億度千秒”再度逼近了驗證聚變的工程可行性，但不意味著(zhù)核聚變商業(yè)化就近在咫尺。

　　中國商業(yè)核聚變公司陜西星環(huán)聚能科技有限公司（下稱(chēng)星環(huán)聚能）創(chuàng )始人兼CEO陳銳此前對界面新聞總結稱(chēng)，核聚變的商業(yè)化包含三個(gè)階段：首先是科學(xué)的可行性，即理論上可實(shí)現；其次是工程的可行性，即人類(lèi)有能力實(shí)現這一理論；最后是商業(yè)的可行性，即實(shí)現的方式在經(jīng)濟上是可接受的。

　　近兩年，中國國家隊和商業(yè)隊的“人造太陽(yáng)”突破不斷。

　　2022年10月，中國新一代“人造太陽(yáng)”（HL-2M）等離子體電流突破100萬(wàn)安培（1兆安），創(chuàng )造了中國可控核聚變裝置運行新紀錄，標志著(zhù)中國核聚變研發(fā)距離聚變點(diǎn)火邁進(jìn)了重要一步。

　　目前，下一代“人造太陽(yáng)”中國聚變工程實(shí)驗堆（CFETR）已完成工程設計，計劃到2035年建成建成聚變工程實(shí)驗堆。

　　2024年6月，能量奇點(diǎn)能源科技（上海）有限公司設計、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實(shí)現等離子體放電。這是全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置，也是全球首臺由商業(yè)公司研發(fā)建設的超導托卡馬克裝置。