中国“人造太阳”首次实现“亿度千秒”，意味着什么？

界面新闻记者 ｜ 戴晶晶

中国“人造太阳”进度再次迎来刷新。

1月20日，位于安徽合肥的全超导托卡马克核聚变(EAST)实验装置实现了超亿度、1066秒的长脉冲高约束模等离子体运行，创下了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。

该运行时长突破了千秒量级，较EAST于2023年4月创造的403秒原纪录，延长了约1.5倍。

“聚变反应达到千秒量级才能自我维持，跨越‘亿度千秒’意味着人类首次在实验装置上模拟出未来聚变堆运行所需的环境。”中国科学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称。

据新华社报道，这标志着中国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。

核聚变是轻原子核结合成较重原子核并放出巨大能量的过程。由于聚变原材料资源相对丰富，且无污染排放，因此可控核聚变被一直认为是人类解决能源问题的重要出路，视为“终极能源”。

聚变三重积(等离子体温度、密度和能量约束时间的乘积)是衡量聚变效果的参数，学术界认为该数值达到10的22次方时，聚变反应输出的功率才能大于等于为驱动这一反应而输入的功率，达到点火条件(Q>1)，Q>10则是商用条件。

由于地球上难以形成太阳内部的压强，聚变装置需要将等离子体温度加热至1亿摄氏度以上，并使高温等离子体维持一定时间才有机会实现聚变。

在各类核聚变技术路线中，托克马克被誉为“人造太阳”，其装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，像一个甜甜圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度。

“按照聚变三重积，1亿摄氏度、千秒是实现聚变的必要条件，不是充分条件。”一位聚变行业的专家对界面新闻表示，但未来核聚变商业化运行需要长时间运行，EAST长时间运行经验具有很大的意义。

据EAST物理实验总负责人龚先祖介绍，最新的实验考验了装置各项系统的稳定性，科研人员提升加热系统稳定性、控制系统精准性、诊断系统精确性，解决了等离子体物理集成、壁材料排热等前沿问题。

EAST装置是中国新一代可控核聚变研究装置，也是全球首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，为国际上最重要的核聚变研究实验平台之一。

该装置由中科院合肥物质科学研究院自主研制，于2006年9月28日建成，并首次等离子体放电成功，至今等离子体运行次数超过15万次。

2021年5月，EAST成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。当年12月，该装置将电子温度近7000万摄氏度的长脉冲高参数等离子体维持了1056秒。

对于最新的突破，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST大科学团队指出，亿度千秒量级稳态高约束模的实现充分验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性。

托卡马克装置运行模式可分为高约束模式和低约束模式，EAST采用的高约束等离子体运行模式效率高、经济性强，是国际热核聚变实验堆计划(ITER)、中国聚变工程实验堆(CFETR)等未来聚变实验堆和工程堆稳态运行的基本模式。

EAST实现“亿度千秒”再度逼近了验证聚变的工程可行性，但不意味着核聚变商业化就近在咫尺。

中国商业核聚变公司陕西星环聚能科技有限公司(下称星环聚能)创始人兼CEO陈锐此前对界面新闻总结称，核聚变的商业化包含三个阶段：首先是科学的可行性，即理论上可实现；其次是工程的可行性，即人类有能力实现这一理论；最后是商业的可行性，即实现的方式在经济上是可接受的。

近两年，中国国家队和商业队的“人造太阳”突破不断。

2022年10月，中国新一代“人造太阳”(HL-2M)等离子体电流突破100万安培(1兆安)，创造了中国可控核聚变装置运行新纪录，标志着中国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。

目前，下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆(CFETR)已完成工程设计，计划到2035年建成建成聚变工程实验堆。

2024年6月，能量奇点能源科技(上海)有限公司设计、研发和建造的洪荒70装置成功实现等离子体放电。这是全球首台全高温超导托卡马克装置，也是全球首台由商业公司研发建设的超导托卡马克装置。