中国人造太阳突破密度极限，能量输出翻四倍

哈喽，大家好，今天小墨这篇评论，主要来分析中国"人造太阳"破解密度极限难题，核聚变点火迎来新路径。

中国"人造太阳"又有大突破。2026年1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所宣布，全超导托卡马克核聚变实验装置EAST成功证实了托卡马克密度自由区的存在，找到了突破密度极限的方法。

这项研究成果1月1日发表在国际学术期刊《科学进展》上，标志着中国在磁约束核聚变基础物理研究领域再次走在世界前列。

聚变功率与燃料密度的平方成正比，高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择，通俗点说，密度提升到两倍，理想情况下就能获得四倍的聚变能量输出。

相比于提升温度或延长约束时间，提升密度是获取高聚变增益最高效的技术路径。

"密度极限"是20世纪末发现的纯经验定标，超过密度极限的托卡马克运行将引发等离子体破裂，巨大能量会瞬间释放到装置内壁，影响装置的安全运行。

这个极限通常表现为"格林沃尔德密度极限"，是一个基于早期实验数据总结出的经验性公式。

格林沃尔德极限长期被视为托卡马克运行的一个"硬边界"，绝大多数装置只能运行在这一极限值的0.8到1.0倍以下。

这个公式虽然形式简洁，在过去数十年间能较好地拟合大多数实验数据，但对其中的物理机制并不十分清楚。

科研团队发展了一种新的理论模型，边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型。通过这个模型，团队发现了边界杂质引发的辐射不稳定性在触发密度极限时的关键作用，解析出了辐射不稳定性的边界，揭示了密度极限的触发机理，并预测了密度极限之外的密度自由区。

这个理论打破了传统上将核心等离子体视为孤立流体的局限，转而将其与装置内壁视为一个通过杂质辐射紧密耦合、相互制约的自组织系统。

密度极限的本质不再被简单地归结为磁流体不稳定性，而是源于等离子体与壁相互作用过程中产生的一种热辐射反馈机制的失稳。

在实验中，研究人员依托EAST装置的全金属壁运行环境，利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生。

研究人员还通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质造成的物理溅射。

实验数据显示，其运行密度达到了格林沃尔德极限的1.3倍至1.65倍，远超该装置以往0.8至1.0倍的常规运行区间，且等离子体保持了良好的稳定性。

这与过去托卡马克运行中通常止步于极限值0.8到1.0倍的常态形成了鲜明对比，整个过程未出现高密度运行常伴随的磁流体大破裂。

让等离子体成功突破了密度极限，并平稳进入了预测中的密度自由区。实验结果和PWSO理论预测高度吻合，首次证实了托卡马克密度自由区的存在。

EAST装置采用的全钨金属壁主要受物理溅射机制支配，钨原子的物理溅射存在一个明确的能量阈值，只有当入射粒子的能量超过该阈值时，溅射才会发生。

研究团队采用了一种特殊的启动方案：利用电子回旋共振加热辅助欧姆放电启动，并配合高强度的中性气体预填充。这种方法能够精准且高效地将能量沉积在特定区域。

实验观测发现了一个关键的物理现象：随着电子回旋加热功率的增加和预充气压力的提升，偏滤器靶板附近的等离子体温度反而呈现出显著的下降趋势。正是这种受控的"降温"，使得靶板温度成功低于了钨材料的物理溅射阈值，从而切断了杂质来源。

2025年，安徽合肥科学岛的"人造太阳"，全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1亿摄氏度、1066秒的高约束模等离子体稳定运行，创造新的世界纪录。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。

在安徽合肥未来大科学城，除了人造太阳EAST取得重大突破外，聚变堆主机关键系统CRAFT、紧凑型聚变能实验装置BEST等大科学装置在2025年也在紧锣密鼓建设中，核聚变大科学装置集群正在加速形成。

下一代核聚变实验装置BEST的建设正在有序的推进当中。在2025年5月1日装置的总体启动总装以来，到现在装置的大楼是已经封顶，而内部的装置建设正在有序地推进，力争在2027年实现整体装置的初步建设完成。

这项工作由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等单位协作完成，受到了国家磁约束聚变专项的支持。

中国"人造太阳"成功突破密度极限，首次证实了托卡马克密度自由区的存在。

这项成果为未来聚变堆在高密度下的稳定运行提供了坚实的物理依据，为人类最终突破密度瓶颈、实现聚变点火开辟了一条全新航线。

中国在核聚变领域的持续突破，正在将清洁能源的梦想变为现实。