法国核聚变重大突破，等离子体运行1337秒刷新世界纪录！全球核电时代一步之遥

新智元报道

编辑：编辑部 JHs

【新智元导读】等离子体持续时间新世界纪录诞生——1337秒！继我国在上月突破1000秒大关后，国际核聚变领域取得新成果。人类有望迎来全新核电时代。

创纪录的1,337秒！

2月12日，法国WEST托卡马克装置，成功实现了创纪录的等离子体持续时间——超过22分钟。这比几周前中国EAST装置的1066秒提升了25%。

不过，WEST只实现了5000万度的高温，只有EAST实验中1亿度的一半，但也已超越了太阳中心的温度。

延长运行时间，是实现核聚变的三大「黄金条件」之一。

而在两年前，托卡马克装置的等离子体维持时间还不到7分钟。

核聚变反应堆所使用的两种燃料——氘和氚，当被加热到超过5000万摄氏度时，就会产生等离子体。

等离子体是物质的固态、液态和气态后的「第四态」，只有在特殊反应堆的超高温中心区域才能实现。

要实现核聚变，等离子体须被稳定维持在反应堆腔室内，避免其分散、冷却，重新变回气态。

WEST反应堆采用了磁约束技术，将等离子体牢牢约束在特定空间内，有效防止逃逸。

研究人员的终极目标是：在确保所有与等离子体接触的部件，能够承受辐射而不发生故障或造成污染的同时，控制住这种本质上不稳定的等离子体

WEST位于法国南部的CEA Cadarache站点，是一个致力于探索可持续聚变能必要条件的尖端研究设施。

在这次实验中，WEST内部的等离子体达到了5000万摄氏度的高温，同时，反应堆面向等离子体的组件保持稳定，证明钨等特殊材料的组件能长时间暴露在极端高温和辐射之下。

CEA基础研究主任Anne-Isabelle Etienvre表示：「WEST通过注入2MW的加热功率，将氢等离子体维持了20多分钟，实现了一个新的关键技术里程碑。实验将继续进行，功率还会增加。」

在未来几个月里，WEST团队将全力以赴，致力于实现更长时间的等离子体持续放电——累计时间可达数小时，同时还将进一步提高等离子体温度，以逐步接近理想的聚变等离子体条件。

WEST是CEA的重要设施，凝聚了该委员会在托卡马克等离子体研究领域数十年的经验。

该设施接待来自世界各地的研究人员，他们充分利用其特有的超导线圈和主动冷却部件等关键特性来实现长时间等离子体运行。

WEST是国际聚变研究大家庭中的重要成员，与其他CEA研究人员深度参与的重大实验项目并驾齐驱，这些项目包括——

位于英国的欧洲联合环形装置JET（已于2023年底关闭，保持着聚变能量世界纪录），日本的JT-60SA，中国的EAST，韩国的KSTAR，当然还有极具代表性的ITER（国际热核聚变实验堆）。

「东方超环」：1亿摄氏度1000秒

就在几天前的1月20日，有「人造太阳」之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成上亿摄氏度1066秒「高质量燃烧」。

这标志着我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。

我国自主设计研制的具有完全知识产权的世界首个全超导非圆截面托卡马克装置EAST，中文名为「东方超环」

「东方超环」的简写EAST，由实验「Experimental」、先进「Advanced」、超导「Superconducting」、托卡马克「Tokamak」四个单词首字母拼写而成，即「先进实验超导托卡马克」，同时具有「东方」的含意。

EAST装置形如「巨罐」，同时具有超高温，超低温，超高真空，超强磁场，超大电流等尖端技术，拥有专利近2000项。

自2006年建成运行以来，等离子体运行次数已超过15万次。在长脉冲高约束模运行方面，EAST先后跨越多个重大里程碑：

2012年的30秒高约束模， 2016年的60秒高约束模， 2017年的101秒高约束模、 2023年的403秒高约束模， 直至此次突破1000秒，每一次跨越都凝聚着科研人员的心血和智慧。

在第22轮物理实验中，EAST大科学团队瞄准托卡马克稳态高性能等离子体前沿物理研究，解决了等离子体芯部与边界的物理集成、等离子体与壁相互作用、精密控制、实时诊断、主动冷却等前沿物理和工程技术问题。

「亿度千秒」世界纪录的创造，充分验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性，是聚变研究从基础科学研究迈向工程实践的重大拐点。

据悉，下一代「人造太阳」中国聚变工程实验堆已完成工程设计。根据中国磁约束核聚变路线图，将瞄准建设世界首个聚变示范电站。

未来，科研人员计划将EAST装置的长脉冲高约束模运行时间延长至数千秒甚至更久，同时依托大型超导磁体动态性能测试系统，提升超导磁体的载流能力和磁场变化率，为未来聚变堆的超导磁体设计积累数据。

核聚变技术的应用前景

核聚变是一项旨在控制天然不稳定等离子体的前沿技术。

与已经具有高能量密度的核裂变相比，核聚变所需的资源和燃料更少，且不会产生长期存在的放射性废物。

在各种可能的能源产生技术中，磁约束聚变技术最为成熟。这种技术通过强磁场将等离子体约束在环形装置中，并将其加热至足以引发氢原子核聚变的温度。

作为WEST和ITER两大装置的所在地，法国具备建造首个核聚变反应堆原型机的优越条件。

核聚变是一种利用核反应的能源形式，它与核裂变能源以及中子与物质相关技术在多个方面存在潜在的互补性，这些领域的科学原理已经得到深入理解。

然而，实现核聚变能的商业化应用面临诸多挑战，其中关键在于将等离子体维持足够长的时间，以确保能源生产的持续性。

考虑到大规模开发这种能源所需的基础设施规模，核聚变技术在助力实现2050年碳中和目标方面可能难以发挥重要作用。

要实现这一目标，不仅需要突破多个技术瓶颈，而且这种能源生产方式的经济可行性也仍需要进一步论证。

参考资料：

https://www.cea.fr/english/Pages/News/nuclear-fusion-west-beats-the-world-record-for-plasma-duration.aspx