5年“点火”上万次，他们让亿度人造太阳运行上千秒

文 ｜ 《中国科学报》 记者 张楠

“托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。”1月26日，中国科学院合肥物质科学研究院（以下简称合肥研究院）副院长宋云涛在“两院院士评选2025年中国/世界十大科技进展新闻”的发布会上作报告。其团队的成果——中国“人造太阳”EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置）创造“亿度千秒”世界纪录，获评“2025年中国十大科技进展新闻”。荣誉接踵而至，两天后，“超导托卡马克稳态高约束等离子体关键技术及应用”又获颁2025年度中国科学院杰出科技成就奖科技攻关奖。

“挫折是我们科研道路上最常遇见的‘伙伴’，但每一次失败，都是向成功迈进了一步，因为我们的认知得以深化。”宋云涛近日接受《中国科学报》采访时表示，“EAST实验的每一步都稳扎稳打，每一次的重大突破和创造的世界纪录都来之不易。”

2025年1月，团队在EAST创亿度千秒高约束模纪录现场合影。周牧/摄

与“太阳”共舞

“2025年1月20日的那个傍晚，是对所有汗水、智慧与坚守的最高褒奖，是‘逐日’理想终于照进现实的光辉见证。”说起EAST实现1亿摄氏度1066秒高约束模式等离子体运行的突破，宋云涛似乎又听到了那天控制大厅里人们的欢呼声。

实现可控核聚变，被公认为解决人类未来能源问题的终极理想。然而，在地球上复现太阳内部的核聚变反应，并实现稳定可控的能量输出，难度超乎想象。

“实现聚变能可控、长时稳定维持，稳态高约束等离子体放电是核心难题，也是国际聚变界的竞争焦点。”宋云涛说。

在EAST内部，多种极端环境被强行“封装”在一起。

用于产生约束磁场的超导线圈，工作在-269℃的液氦低温中；而被约束的等离子体状态的氢同位素，却被加热到上亿摄氏度；为了减少能量损失，装置内部需要维持极高的真空度，其压力仅相当于标准大气压的千亿分之一；为了形成强大的“磁笼”，线圈中需要通入上万安培的电流，产生数万高斯的强磁场。工程挑战之大，可见一斑。

整个EAST装置包含22个大系统、上百万个零部件，每一次成功放电，都是对复杂系统高度集成与协同能力的严苛考验。物理、工程、控制等数百名不同专业背景的科研人员，需要像精密钟表的零部件一样协同工作。

“亿度千秒稳态高约束等离子体”的实现，是三重极限的协同挑战：“亿度”是点燃聚变反应的温度门槛，“千秒”是迈向稳态运行的时间标尺，“高约束模式”则是未来聚变堆实现高效经济运行的物理基础。

“任何一环的短板都意味着前功尽弃。”获奖团队成员、合肥研究院等离子体物理研究所（以下简称等离子体所）副所长陆坤介绍，在实验策划阶段，他们开展了持续数年的多轮物理模拟与工程设计迭代。

通往1066秒的道路并非一蹴而就，而是由一次次台阶式的突破铺就：“1.2亿度101秒等离子体运行”入选2021年度国内十大科技新闻；“1056秒高参数等离子体”被国际权威机构列为2021年世界聚变研究五大标志性进展之一；“403秒高约束模”被列为2024中关村论坛年会十大重大科技成果。

每一次突破，都为最终跨越千秒大关积累了宝贵的物理认知与工程经验。

驭“光”三术

要“驯服”上亿度的等离子体长达千秒，必须系统攻克三大关键瓶颈：磁位型如何长时精确控制、能量如何高效注入与维持、极端热流与杂质如何有效排除。也就是说，要求位置控得住、温度上得去，同时性能不衰退。EAST团队在这三方面取得了一系列从理论到工程的自主突破，用三术“驭”光。

第一术，超导磁体与精准控制技术，铸就“最稳磁笼”。

稳态运行的首要前提是磁场稳定。团队直面超导磁体系统工程化的世界级难题，攻克了万安级高温超导电流引线、纳欧级低阻超导接头等瓶颈，自主研发的电流引线性能达到100千安。团队还建成了一流的综合性研究及测试平台，为磁体系统的长时安全运行奠定了坚实基础。

在控制层面，团队提出了创新的误差场补偿方法，成功抑制了等离子体边界的不稳定性，并发明了快速响应控制技术，将位型调整时间缩短至0.5毫秒，实现了对等离子体“姿态”的毫米级调控。

第二术，高效加热与电流驱动技术，供给“持续心跳”。

等离子体被约束后，仍需持续注入巨大能量以维持上亿度高温。团队建成了低杂波、中性束、电子回旋、离子回旋等辅助加热系统，并开发了新型低杂波天线和动态相位补偿方法，攻克了射频波电流驱动效率低的难题。

第三术，高热负荷与粒子排除技术，构建“终极防火墙”。

如何让装置内壁在距离高温等离子体毫米级的地方不被烧毁，是最大的工程挑战之一。

团队自主研发了可耐受20兆瓦/平方米稳态热流的钨铜偏滤器系统，成功破解了亿度高温下高通量热流的实时排除难题。

针对等离子体运行中杂质积累的问题，团队提出了粉末注入实时调控方法，将等离子体的核心杂质钨的含量控制在10-5以下；同时，团队研发了抽速达13万升/秒的聚变堆级大型吸附式低温泵，解决了长脉冲放电边缘粒子实时排除的难题，拓展了等离子体的运行区间。

这些创新技术在EAST装置上集成应用，创造了亿度千秒稳态高约束等离子体放电的世界纪录，实现了聚变从科学研究向工程应用的历史性跨越。

基于这些突破，团队近5年授权发明专利415件，其中包括国际专利8件，牵头制定国际标准3项，发布国家标准、行业标准等77项，形成了完整的自主知识产权体系。

聚变之“和”

“这项成果是合肥研究院全超导托卡马克大科学团队建制化体系化攻关的体现。”宋云涛介绍，EAST团队成员来自等离子体物理、超导技术、真空工程、材料科学、自动控制、低温工程等上百个专业领域。

获奖团队成员、等离子体所党委副书记钱金平认为：“在这个体系中，老一辈科学家如同‘定盘星’，凭借深厚积淀把握方向、研判风险；中年科研骨干是‘顶梁柱’，主导关键技术攻关与系统集成；青年科技人员则像突击队，充满创新锐气，善于运用新工具、新方法破解难题。”

在冲击千秒纪录的关键阶段，他们曾遭遇等离子体边界杂质积累过快的棘手问题。但这种多学科深度协同在攻坚时刻展现出巨大能量——物理诊断团队率先从复杂的光谱信号中捕捉到异常征兆；理论与模拟团队随即开展溯源分析；工程团队立刻根据模拟结果，对相关部件的冷却方案和材料状态进行精细调整；与此同时，等离子体控制团队优化了加料与杂质排除的反馈控制算法。

科研之路布满荆棘，宋云涛并不讳言失败：“5年来，我们进行了上万次放电实验，绝大多数并未达到预期目标。重大挫折也屡见不鲜。但每一次失败，都为我们排除了一个错误选项，深化了一层对未知的认识。”

在一次重大实验失利后，一位资深的老专家没有召开会议问责，而是在深夜的实验室里，与几位核心骨干一起，借助一块白板，从最基本的物理图像开始，一步步复盘、推演、争论，直到天明。

“那是一次完全专注于问题本身的、纯粹的学术探讨。正是无数个这样静下心来、直面问题的‘促膝长谈’，让我们在挫折后重新凝聚共识，找到新的突破方向。”宋云涛表示。

如今，中国的成果与经验正在深刻影响国际聚变进程。EAST发展的超导、加热、偏滤器等关键技术已成功应用于国际热核聚变实验堆（ITER）等国内外十余个大科学装置。ITER科学部门负责人曾公开表示，需要依靠EAST的实验来验证未来ITER实验堆的可靠性。

下一步，科研团队将聚焦我国下一代“人造太阳”——紧凑型聚变能实验装置（BEST）。它是聚变工程研究的关键，有望实现由反应本身产生热量维持的核聚变。

在研究团队看来，“聚变应当成为也必须能够成为建设世界科技强国的标志性成果之一”。从EAST到BEST，从1066秒到未来的无尽光明，中国科学家团队最大的愿景始终清晰：为人类开发近乎无限的清洁能源——可控核聚变能。它是从根本上保障能源安全、实现可持续发展的终极能源解决方案之一。他们正为人类共同的聚变能源梦想，持续贡献中国智慧与中国方案。

《中国科学报》 (2026-02-05 第1版 要闻)

文章转载自“中国科学报”微信公众号