我國"人造太陽"創世界紀錄，終極能源越來越觸手可及

知識 07-16

月初，我國的超導托卡馬克實驗裝置（EAST）在全球首次實現了 101.2 秒的穩態高約束運行模式，創造了新的世界紀錄。

這一重要突破，標誌著我國磁約束聚變研究在穩態運行的物理和工程方面，將繼續引領國際前沿，對國際熱核聚變實驗堆（ITER）和未來中國聚變工程實驗堆（CFETR）建設和運行具有重大的科學意義。

如果對「大型非圓截面全超導托卡馬克裝置」可能不熟悉的話，但提起「人造太陽」，耳熟能詳者不在少數。

EAST 就是我們所理解的小太陽，它是中國科學院等離子體物理研究所在的合肥市建設的世界第一個全超導磁體托卡馬克核聚變反應試驗性裝置，屬於我國「九五」重大科學工程。

2006 年 9 月 28 日，該裝置首次成功放電。2007 年 2 月的實驗中，EAST 產生了持續了近 3 秒的 200 千安培的等離子放電。

EAST 同時也是國際熱核聚變實驗堆（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor）計劃的聯盟成員，也是其測試平台。該聯盟倡議於 1985 年，並於 1988 年開始實驗堆的研究設計工作。

經過十三年努力，耗資十五億美元，在集成世界聚變研究主要成果基礎上，ITER 工程設計於 2001 年完成，我國於 2003 年 1 月決定正式參加 ITER 計劃談判。

ITER 由中、美、韓、日、印、歐盟、俄七方實體資助運行

長久以來，人類渴望在地球上實現太陽內部核聚變的模擬，期望能夠把驚人的能量穩定地輸送給電站，托卡馬克是人們未來得以實現「完美能源」這一暢想的化身。

不過怎麼才能實現「人造太陽」呢？科學家想了一個辦法，就是把一團上億攝氏度的等離子體火球，用磁場把它懸浮起來，跟周邊的任何容器材料不接觸，這個時候就可以對它加熱、控制，進而實現「人造太陽」。

因為托卡馬克產生磁場線圈是用常規的銅線做的，消耗了大量的能量，採用超導技術就比較容易得到聚變能量。在托卡馬克的基礎上，中科院等離子體所科研人員僅用 10 年時間，就自主設計和建造出世界上首個全超導托卡馬克裝置 EAST 。

雖然已經達到了世界紀錄的 101.2 秒運行，但其終極目標是 1 億攝氏度，1000 秒。這兩個數字是橫亘在中科院等離子體研究所核物理科學家和全球科學界面前的兩座難以跨越的山峰。

要讓核聚變為人類所利用，就意味著要把氘、氚的等離子體瞬間加熱到 1 億攝氏度，並至少持續 1000 秒，才能形成持續反應，而這正是「東方超環」 EAST 的使命。

ITER

與 ITER 相比，EAST 只有其 1/4 大小，然而 EAST 的成功經驗已經支撐了 ITER 的建設，同時，中國在 ITER 七方採購包進度中已成為第一位。

熱核聚變在過去 50 年中發展非常之快，世界上第一個真正意義上的「人造太陽」，就是國際熱核聚變實驗堆 ITER，要在 20 年左右能夠在大規模的、幾十萬千瓦的基礎上運行較長的時間，就需要驗證聚變的工程可行性，而東方超環正是為此進行驗證實驗其可行性。

利用磁場對等離子進行約束的托卡馬克裝置

與此同時，我國下一代核聚變裝置——中國聚變工程試驗堆（CFETR）已於 2011 年開始進行設計研究。在過去的幾年裡，項目集中了我國磁約束聚變研究的骨幹力量，形成目標明確的國家隊。

同時，該項目推動了廣泛國際合作，世界聚變研究發達國家美國、德國、法國、義大利等已經全面參與 CFETR 的設計，俄羅斯同行也表示未來更加深入參與 CFETR 計劃。

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