比太阳中心温度还高数倍，我国“东方超环”核聚变装置是如何运行的？

各位关心核聚变的小伙伴大家好，我是中国科学院合肥物质研究院等离子体所工程师蔡其敏。东方超环（EAST）“人造太阳”就位于我们研究所内。

“东方超环”（EAST）是全球首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，其核心使命是模拟太阳发光发热的核聚变反应，为人类探索取之不尽的清洁能源。

46亿年以来，太阳免费为地球提供光和热。太阳表面温度是5500多度，即便钢铁碰到上面，也会迅速融化，其核心温度更是高达1500多万度，人类简直无法想象！但是，在我们EAST装置内部，等离子体却能超过1亿度，数倍于太阳核心的温度。

EAST能取得今天的成就是中国四代科研工作者历经半个多世纪，16万余次实验坚守的结果。从1973年成立合肥受控热核反应研究实验站，到1994 年从苏联引进的HT-7 超导托卡马克装置首次获等离子体，再到2025 年 EAST实现亿度千秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行世界纪录，中国在核聚变领域，实现了从跟跑到并跑，再到部分领跑的华丽转身。

把“小太阳”装进 “大冰箱”

核聚变的核心难题在于如何让上亿度的等离子体被长时间约束，地球上任何材料也无法承载如此高温。托卡马克的解决方案是 “磁约束”—— 用强磁场构建无形 “磁笼子”，让带电的粒子沿着磁场的轨道，不伤害容器壁。强磁场需大电流驱动，常规导体因电阻存在损耗较大，且无法维持长时间运行，因此无法提供稳定的磁场约束等离子体。EAST 的超导线圈采用低温超导材料，在零下 269℃的液氦环境中实现零电阻效应。这相当于让亿度的火球悬浮在超低温“大冰箱”里。

利用微波炉点燃“小太阳”

EAST装置等离子体被加热到亿度，只需短暂几秒就可以实现。 先通过变压器原理产生感应电流产生等离子体，再用射频波加热和中性束注入加热手段，短时间内就可以将等离子体从室温升至 1 亿度。最关键的是非感应电流驱动技术，通过射频波与粒子的 “不对称碰撞” 实现电流自维持，让等离子体从 “短暂绽放” 变为 “稳定燃烧”。

十次世界纪录的突破之路

EAST 装置堪称一个复杂精妙的“巨无霸”，由多个系统协同运作，每个系统都肩负着不可或缺的使命。EAST装置的主机部分高11米，直径8米，重400吨，由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。装置运行需要有大规模低温氦制冷、高功率脉冲电源及其回路、计算机控制和数据采集处理、兆瓦级射频波加热、大型超高真空以及数十种先进诊断测量等系统支撑，数十套系统数百种学科高度交叉融合于一身。EAST运行时需要超大电流、超强磁场、超高温、超低温、超高真空等极限环境，真正可以实现“冰火两重天”。

从3秒到1066秒的跨越

2006年，EAST首次放电，获得3秒等离子体运行。2010年，实现100秒1500万度长脉冲等离子体运行，平均电流达100万安培(1兆安)。2012年，实现411秒2000万度长脉冲等离子体运行，30秒高约束模等离子体运行。2017 年，EAST 首次成功实现世界最长百秒量级稳态高约束模等离子体，这一成果成功入选 “中国十大科技进展新闻”。

2018 年，装置实现 1 亿度等离子体运行。2021 年 5 月 28 日，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，同年 12 月 30 日晚，EAST 更是实现了 1056 秒的长脉冲高参数等离子体运行，再次刷新自身纪录。

2023年4月12日，EAST成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。2025年1月20日，EAST创造了一项震撼世界的新纪录，首次成功实现上亿摄氏度1066 秒等离子体运行。

除了时间纪录，EAST 还取得多项关键突破。在钨偏滤器环境下实现长脉冲运行，为聚变堆的材料研发提供验证。开发 百余套诊断系统，实现对千秒量级的等离子体运行的各项参数监测。稳定的辅助加热手段，将亿度的火球死死拿捏。这些成果已直接服务于各国聚变装置以及国际热核聚变实验堆（ITER），为全球聚变研究提供了重要的国际合作平台。

EAST 装置的价值不仅体现在丰硕的科研成果上，更在经济与社会效益领域留下了深刻印记。其建设与运行过程，成为了推动企业自主创新的重要引擎，让参与国家大科学工程的企业实现了 “影响力 + 技术力” 的双重提升，最终促成核心技术的产业化落地。

聚变点亮的第一盏灯必将在中国

对于每一个从事聚变研究的人来说，“聚变能是全人类的共同事业” 。EAST装置不仅是中国科技自立自强的标志性成果，更在全球能源危机的背景下，为人类共同探索未来能源提供了 “中国方案” 与希望之光。

据估算，一升海水中的氘提取出来用于核聚变，释放的能量相当于300升汽油。地球海洋中含有氘如果全部用于核聚变，那么能支撑目前人类社会使用上百亿年。

目前大国竞争已经白热化，聚变既是科技高地也是能源高地，中国具备后备人才优势及产业链优势，包括聚变在内的科技行业近年突飞猛进，可控核聚变能源一旦成功，将一劳永逸地解决人类的能源问题，地球上将升起不落的太阳！

21世纪以来，科学研究范式正从“小作坊”模式迈向“大科学”工程。在此浪潮中，中国一批科研重器蓬勃涌现：“中国天眼”聆听深空电磁波，“阿里计划”致力捕捉原初引力波，“高海拔宇宙线观测站”探测超高能粒子，“人造太阳”攻关聚变能源，“高能同步辐射光源”解析微观结构等等。这些大科学装置合力拓展人类认知边界。

本文转载自《腾讯太空》微信公众号

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