界面新聞實習(xí)記者 | 薛昱婷

中國“人造太陽”再獲突破，實現(xiàn)可控核聚變還遠(yuǎn)嗎？

據(jù)新華社報道，4月12日21時，正在運行的全球首個全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置，實現(xiàn)了高功率溫度下穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運行403秒，創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運行新的世界紀(jì)錄。此前的101秒世界紀(jì)錄，也由EAST于2017年創(chuàng)造。

EAST裝置利用強磁場，把上億攝氏度的等離子體長時間控制在真空容器里，并使核聚變反應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。由于反應(yīng)原理類似太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，因此被成為“人造太陽”。

核聚變能源的原材料資源豐富，且無污染排放，因此可控核聚變被一直認(rèn)為是人類解決能源問題的重要出路，視為人類“終極能源”。

目前全球正在研究的可控核聚變技術(shù)路線，主要包括磁約束和激光慣性約束。實現(xiàn)核聚變發(fā)電的兩大難點是實現(xiàn)上億度點火和穩(wěn)定長時間約束控制。

磁約束需要利用裝置，用磁場來約束聚變物質(zhì)，目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場箍縮及磁鏡等。

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

該裝置由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主研制，并于2006年9月28日首輪物理放電實驗取得成功。與國際同類實驗裝置相比，它在當(dāng)時獲得四項世界“第一”，即使用資金最少、建設(shè)速度最快、投入運行最早、運行后獲得等離子放電最快。

針對本次的403秒重大突破，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤表示，主要意義在于實現(xiàn)了“高約束模式”。該模式下，粒子的溫度、密度都大幅度提升，將為未來聚變電站的提效降本奠定堅實物理基礎(chǔ)。

托卡馬克裝置運行模式可分為高約束模式和低約束模式，未來的聚變堆將運行在先進(jìn)的高約束模式下。

今年1月，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)團隊表示，近期發(fā)現(xiàn)并證明了一種新的穩(wěn)態(tài)高能量約束模式，保證長時間尺度上高能量約束等離子體運行。

實現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，要求在人工控制條件下等離子體的離子溫度、密度與能量約束時間三者的乘積夠大，核聚變反應(yīng)釋放出的能量才能實現(xiàn)核聚變反應(yīng)堆的運轉(zhuǎn)和能量輸出，實現(xiàn)反應(yīng)的循環(huán)進(jìn)行。

2016年2月，EAST已實現(xiàn)電子溫度5000萬度下，持續(xù)時間達(dá)102秒的超高溫長脈沖等離子體放電，這是當(dāng)時國際托卡馬克實驗裝置在此條件下持續(xù)時間最長的等離子體放電。

2018年11月，EAST實現(xiàn)1億攝氏度等離子體運行等多項重大突破；2021年5月，實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行；2022年實現(xiàn)1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，此為低約束模式下的運行。

EAST裝置此次實現(xiàn)的最新突破，也為中國自主建設(shè)運行核聚變堆，以及國際熱核聚變實驗堆（ITER）運行提供了重要的實驗基礎(chǔ)。

ITER是目前全球規(guī)模最大的核聚變項目，也是影響最深遠(yuǎn)的國際大科學(xué)工程，聯(lián)合中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方共同參與建造。

中國于2006年正式簽約加入該計劃。2008年，中國全面開展ITER計劃工作，承擔(dān)了其中約10%的研發(fā)制造任務(wù)。

除了中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院外，中核集團也在研制“人造太陽”。

去年10月20日，中核集團發(fā)布消息稱，中國新一代“人造太陽”（HL-2M）等離子體電流突破100萬安培（1兆安），創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運行新紀(jì)錄，標(biāo)志著中國核聚變研發(fā)距離聚變點火邁進(jìn)了重要一步。