相克金属强行合体！合肥硬核黑科技，终结全球核聚变50年魔咒

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文|硬核知识观

编辑|沐沐

物理学界有个流传了半个多世纪的冷笑话：可控核聚变距离实用化永远还有50年。

你爷爷年轻时听说是50年，你爸爸年轻时听说是50年，轮到你刷视频，评论区还在说50年。

这个梗的生命力比聚变等离子体强多了——等离子体撑死跑一千多秒，这梗跑了70年还没衰减。

但2023年4月12日晚上九点，安徽合肥科学岛上的一个巨罐，把这个梗的时间轴狠狠往前拽了一截。

信息来源：人民网

那个“永远50年”的梗，被合肥科学岛拽了一把

全超导托卡马克EAST——大名鼎鼎的中国人造太阳——把一亿摄氏度的等离子体稳稳当当约束了403秒，创造了托卡马克稳态高约束模运行的世界纪录。

2025年1月20日，它又把自己刚立的纪录推倒重来，上亿度撑到了1066秒，史称“亿度千秒”。

太阳核心也就1500万度，这帮人在地球上整出了一个比太阳核心还热六七倍的东西，一烧就是17分钟。

这项成果后来入选了2025年度国内十大科技新闻，EAST团队也拿下了中国科学院杰出科技成就奖。

今儿不聊情怀，不扯大国重器的形容词，就扒开这台400吨的巨罐，看看里面到底装了什么材料。

顺便把三个硬核化学问题讲明白：超导为什么要在液氦里泡着？那块陶瓷凭什么扛住20特斯拉？钨和铜这对八字不合的金属，是怎么被强行凑合到一起的？

人类搞能源，本质上就是一部烧开水的大型连续剧。

烧煤是烧开水，核电站也是烧开水，只不过一个用化学能，一个用裂变能。

信息来源：中华网

终极能源的朴素想法

聚变的想法很朴素——模仿太阳。

太阳内核里氢原子核挤在一起，四个氢拼成一个氦，拼完之后总质量少了一丢丢。

这一丢丢按爱因斯坦那个著名公式变成能量，一克聚变燃料释放的能量大约相当于烧掉八吨石油。

海水中天然含有氘，大约每六千多个氢分子里藏一个。

一升海水里的氘全拿去聚变，能量顶300升汽油。

地球上别的资源都讲储量，氘这玩意儿基本属于无限续杯，所以聚变才被叫做终极能源。

但问题来了。

太阳能聚变靠的是引力——太阳质量是地球的33万倍，引力把氢往死里压，核心两三千亿个大气压，1500万度就能烧。

实验室没这条件，引力不够，温度来凑。

人工聚变要烧到一亿度以上，让氘氚原子核跑得快到能撞开彼此之间的静电排斥。

两个带正电的原子核天生互相嫌弃，只有速度够快才能强行贴贴，贴到一起之后强相互作用接管，合并放能。

没有锅配得上这锅汤

一亿度是什么概念？

这个温度下任何物质都别想保持固体形态，电子早被全部剥离，原子碎成一锅带电粒子的汤——物质的第四态，等离子体。

拿铁锅装它？铁锅2000度就扛不住了。

拿熔点最高的钨做锅，3400度照样气化。

一亿度的火，没有任何一口锅配拥有它。

科学家想了个绝户计：不用锅，用磁场。

带电粒子在磁场里运动会受到洛伦兹力，这个力永远垂直于运动方向，粒子没法直线跑掉，只能绕着磁力线转圈。

把磁力线弯成一个闭合的环，粒子就沿着环形跑道无限绕圈，永远碰不到墙。

这个方案就是托卡马克——俄语“带磁线圈的环形腔”的缩写，上世纪50年代苏联人提出的脑洞。

1968年苏联T3装置做出了惊人的高温数据，西方一开始不信，1969年英国专家团队带着激光散射设备亲自去莫斯科测量，测完心服口服。

从此托卡马克一统江湖。

信息来源：人民资讯

超导：让磁体自己不吃电

环形磁笼子听着优雅，工程上是个吞电巨兽。

要约束一亿度的等离子体，磁场得有好几个特斯拉，相当于地球磁场的几万倍。

用普通铜线圈，电阻发热功率直奔几十万千瓦，聚变发的电还不够磁体自己吃。

这就是为什么EAST名字里要带“全超导”三个字。

它是世界上第一台所有主磁体都用超导材料做的托卡马克。

超导体电阻为零，电流进去就能永远跑圈，磁体自己一度电都不浪费。

EAST的环向场线圈和极向场线圈全部采用铌钛超导材料，在液氦低温环境——零下269摄氏度——下实现零电阻运行。

这相当于让一亿度的火球悬浮在超低温“大冰箱”里。

整个超导磁体系统重约200吨，采用超临界氦迫流冷却。

陶瓷扛磁场，钨铜凑一对

强磁场约束等离子体，还得靠一种特殊陶瓷——绝缘子。

托卡马克的真空室壁和磁体之间需要电气隔离，普通绝缘材料在强磁场和高辐射下会失效，特种陶瓷扛得住。

钨和铜这对组合更有意思。

偏滤器是托卡马克内部直接面对等离子体的核心部件，承受的热负荷最高。

最初用的石墨或钨单体材料，只能在低功率条件下维持几秒，根本扛不住高功率长脉冲。

钨熔点高、耐烧蚀，但导热不够快；铜导热强，但扛不住高温。

科学家想到一个办法：用钨包裹着铜，铜管里再通冷却水迅速把热量带走。

安泰科技用热等静压扩散焊接技术把这对八字不合的金属硬凑到一起，造出了钨铜复合偏滤器。

正是这套部件，为EAST实现千秒级运行提供了坚实保障。

信息来源：央广网

结语

2025年1月那个傍晚，EAST控制大厅里一片沸腾。

从403秒到1066秒，从追赶到领跑，这场持续了半个多世纪的“逐日”长跑，还在继续。

合肥科学岛旁边的“夸父”园区里，下一代装置的部件已经在组装了。

那个“永远50年”的梗还能撑多久？没人说得准。

但有一点可以肯定——它被拽进现实的速度，比大多数人以为的要快得多。