403秒！中国“人造太阳”创世界纪录

中国的受控核聚变研究早在二十世纪五十年代就开始了，几乎与国际上受控核聚变研究同步。

2006年，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国七方共同签署了探索开发聚变能源的国际热核聚变实验堆（ITER）工程协议，这也是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。中国承担了其中约9%的任务，也是中国以平等身份参加的最大国际科技合作项目。这一巨型工程是目前正在建设的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆，位于法国南部的卡达拉舍，其使命是展示聚变发电的可行性。

图自：中科院合肥研究院

据央视新闻消息，4月12日21时，在中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在第122254次实验中创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。

“人造太阳”的重大意义

“一团耀眼的白光从山脉尽头升起……”在科幻小说《三体》中，太空飞船核聚变发动机发出的光芒如同太阳。利用核聚变等技术，人类走出地球家园，成为真正的太空文明。

《流浪地球》系列电影中，通过建造10000座行星发动机推动地球带领全人类逃离太阳系的设想，被誉为“愚公移山”式的坚持。建设行星发动机的基础是突破重核聚变计划，也就是通过“烧石头”的方式获取大量能源，灵感正是来源于中国新一代“人造太阳”。

所谓的“人造太阳”是一种通俗的说法。太阳之所以能够持续发光发热，是因为时刻发生着核聚变反应。托卡马克是进行可控核聚变研究的主流装置，利用强磁场把上亿摄氏度的等离子体长时间控制在真空容器里，并使聚变反应稳定持续地进行。由于它产生能量的原理与太阳相似，也被人们形象地称为“人造太阳”。

核聚变能源的原材料在地球上极其丰富，且排放无污染，如果能造一个“太阳”来发电，人类有望实现能源自由。但要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1兆安的等离子体电流，挑战极大。为此，全球科学家们已努力70多年。

据介绍，中国开发的核聚变装置东方超环(中文名为东方超环，简称EAST)被称为“人造太阳”，拥有类似太阳的核聚变反应机制，用来探索核聚变能源应用。核聚变是将两个质量轻的原子核“聚合”成为一个重原子核，我们知道能量是守恒的，“消失”的质量会转变为巨大的能量，而且能量比核裂变更高。

聚变能源具有无限、经济、可计划、清洁、安全等诸多优点，是目前科学发展水平下人类能够掌握的终极能源形式，甚至会推动人类文明进入下一个发展阶段。

2007年，中国EAST通过验收，是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克。

作为国家重大科技基础设施，EAST拥有类似太阳的核聚变反应机制，其物理实验取得的系列重大突破，完全验证了EAST全超导托卡马克装置高参数长脉冲稳态运行的能力，进一步验证了未来聚变实验堆高约束模式稳态运行的可行性。同时，这也对探索未来的聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电具有重要意义。

这次突破的主要意义在于“高约束模式”

4月12日晚，经过十几年聚力攻关，EAST成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，刷新2017年的101秒世界纪录，实验现场一片欢腾。

“Shot:122254。”EAST控制大厅屏幕上的数字显示，这是中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST大科学团队解决了长时间尺度下的等离子体位形约束、高功率射频波加热与电流驱动、等离子体与壁相互作用、关键分布参数的实时诊断等系列前沿物理和技术集成问题，历经十二万多次实验取得的成功。

“这次突破的主要意义在于‘高约束模式’。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说，高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，“这为提升未来聚变电站的发电效率，降低成本奠定了坚实物理基础。”

近年来，在国家发改委、科技部、中科院、基金委等项目资助下，以及安徽省、合肥市、合肥综合性国家科学中心等大力支持下，EAST装置性能不断提升，装置运行区间不断扩展，先后实现了“1.2亿摄氏度等离子体运行101秒”、“近7000万摄氏度等离子体运行1056秒”等多项国际托卡马克运行的重大标志性成果。

多年来的不断突破

2020年12月，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计建造的新一代“人造太阳”装置（HL-2M）建成并实现首次放电，表明我国掌握和拥有了大型托卡马克装置的设计、建造、运行经验和技术，具备了开展堆芯级等离子体物理实验的硬件平台。

2022年10月，西南物理研究院宣布，HL-2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录；

2022年11月，西南物理研究院宣布ITER的核心部件——被喻为ITER“防火墙”的增强热负荷第一壁完成首件制造，标志着中国全面突破“ITER增强热负荷第一壁”关键技术，实现该项核心科技持续领跑；

2023年1月，中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所发现并证明了一种新的高能量约束模式，对国际热核聚变实验堆和未来聚变堆运行具有重要意义。另外，科研团队还在湍流驱动等离子体电流、偏滤器脱靶与高约束等离子体兼容等方面取得重要成果，一系列的科研进展为聚变堆建设和运行奠定了坚实的基础。

据悉，目前EAST装置上有核心技术200多项、专利2000余项，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一炉，共有上百万个零部件协同工作。这次成功突破，离不开等离子体控制、加热、壁处理、先进诊断等技术提升和内真空室改善，为国际热核聚变实验堆ITER运行和我国自主建设运行聚变堆提供了重要的实验基础。

目前，下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计，未来瞄准建设世界首个聚变示范堆。