出品：科普中國

制作：王騰（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所）

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

這幾天，大家可能都看到了這兩張紅彤彤的喜報。

新華社為此次進(jìn)展制作的兩張海報（圖片來源：見水?。?/p>

正如圖中顯示的，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，將1億攝氏度20秒的原紀(jì)錄延長了5倍。新華社對這一突破進(jìn)行了報道。

作為有幸見證這一時刻的一名普通科研工作者，收到了很多大家的關(guān)心和祝賀，激動和感謝的心情皆有。正好借這個機(jī)會，和大家聊聊這次的進(jìn)展和“造太陽”的體驗(yàn)。

關(guān)于“人造太陽”和EAST

可能還有些朋友對可控核聚變和EAST還不太了解，因?yàn)榇饲安簧倮蠋煻甲鲞^科普，這里就不再贅述了，向大家推薦兩部視頻。

一部是中國科普博覽與中科院等離子體物理研究所聯(lián)合制作的科普視頻《揭秘大科學(xué)裝置：托卡馬克EAST》：

http://v.kepu.net.cn/video/play_1579.html

一部是中國工程院院士李建剛在中科院格致論道講壇所做的演講《追逐太陽》：

http://self.kepu.cn/self_yj/201609/t20160905_482190.html

概括地說，可控核聚變是在模仿太陽產(chǎn)生能量的原理，目標(biāo)是以極高的效率產(chǎn)生源源不斷的清潔能源。而根據(jù)目前的理論基礎(chǔ)，有幾種實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方式，托卡馬克就是其中一種，因此我們通過建造全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)并開展實(shí)驗(yàn)，來進(jìn)行前期研究。

這次的突破究竟是什么？意外嗎？

首先必須要說明，這次的突破并不是說大家很快能用上利用可控核聚變發(fā)的電了，更不是說我們造出了“人造太陽”。它還是處于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)的一件事，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，它表明EAST裝置綜合研究能力獲得重大突破，標(biāo)志著我國在穩(wěn)態(tài)高參數(shù)磁約束聚變研究領(lǐng)域引領(lǐng)國際前沿。

我們這次實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)是要獲得芯部電子溫度大于1億攝氏度、持續(xù)時間超過100秒的可重復(fù)等離子體，經(jīng)過緊張?zhí)剿?，EAST實(shí)驗(yàn)運(yùn)行組逐步掌握了1億度等離子體放電條件，并逐步延長放電時長。

20秒、40秒、60秒……終于！在5月28日凌晨3時02分的第98958次放電中，成功獲得芯部電子溫度1.2億度持續(xù)時間101秒的等離子體，成功完成了預(yù)設(shè)目標(biāo)，看到控制大廳屏幕上的數(shù)字突破100的時候，所有人都忍不住起立歡呼！

“人造太陽”1.2億攝氏度成功“燃燒”100秒時，內(nèi)部的紅外影像（圖片來源：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所）

有朋友問我，這次的突破意外不意外？驚喜不驚喜？

喜悅肯定是很大的，但是并不能算意外。其實(shí)，在本輪實(shí)驗(yàn)啟動之初，我們團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)將1億度100秒設(shè)定為主線目標(biāo)之一。

EAST自2006年建成以來，多次創(chuàng)造或刷新過長脈沖高溫等離子體運(yùn)行紀(jì)錄。例如，2012年實(shí)現(xiàn)2000萬攝氏度411秒最長等離子體放電紀(jì)錄，2016年獲得5000萬度100秒等離子體，2018年突破1億度并獲得20秒持續(xù)放電。

可以看到，相比于上次20秒的紀(jì)錄，這次的放電時長延長了5倍，所以，雖然是我們自己設(shè)定的目標(biāo)，但大家都感到這仍然是個巨大的挑戰(zhàn)，所以能夠成功完成，還是非常開心和激動的。

第98958步背后的故事

前文說到，雖然這次的突破本身也是計劃中的目標(biāo)，但能在如此短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破，實(shí)屬不易。

那么，我們自己是如何看待這次突破背后的原因的呢？

首先，EAST上次的升級改造提升了性能，為本次突破提供了良好的基礎(chǔ)保障。EAST自2020年7月開始改造升級，經(jīng)過近10個月的緊張施工，升級改造在2021年4月底正式完成，從五一勞動節(jié)當(dāng)天，就開始就進(jìn)入了緊張的工程調(diào)試階段。

4月13日拍攝的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）（新華社記者 周牧 攝）

EAST這次升級的改造項(xiàng)目多、時間緊、任務(wù)重，還受到了新冠疫情的影響，但仍然按照計劃高標(biāo)準(zhǔn)完成了任務(wù)，在尖端材料、關(guān)鍵部件、主要子系統(tǒng)等方面實(shí)施了一系列重大提升。

其中，比較關(guān)鍵的改造是內(nèi)部全金屬下偏濾器的升級以及外圍輔助加熱及診斷系統(tǒng)的調(diào)整。本次1.2億度101秒等離子體的實(shí)現(xiàn)正是在下單零（LSN）位形下獲得，可以說，我們的下偏濾器經(jīng)受住了考驗(yàn)。同時，低雜波（LHW）和電子回旋（ECRH）輔助加熱系統(tǒng)更是頂住壓力，實(shí)現(xiàn)長脈沖高功率注入，為高溫等離子體實(shí)現(xiàn)提供保障！

同時，這次突破也離不開整個EAST團(tuán)隊(duì)的銳意進(jìn)取和夜以繼日的奮戰(zhàn)。

團(tuán)隊(duì)的付出是值得的，這次升級改造的效果也是顯而易見的。

距離真正的可控核聚變，還有多遠(yuǎn)？還要過幾關(guān)？

新華社的報道中提到，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、等離子體所所長宋云濤表示：“實(shí)現(xiàn)新紀(jì)錄，進(jìn)一步證明核聚變能源的可行性，也為邁向商用奠定物理和工程基礎(chǔ)?！?/p>

因此，也有不少朋友向我們咨詢，現(xiàn)在是等離子體狀態(tài)100秒，距離真正的可控核聚變，到底還有多遠(yuǎn)呢？

其實(shí)，這不是什么秘密。在中科院合肥研究院等離子體所等單位的牽頭下，我國磁約束聚變的發(fā)展線路圖已經(jīng)擬定。

圖片由作者提供，轉(zhuǎn)載請注明出處

首先，我國已經(jīng)參與了國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計劃，ITER建成后將實(shí)現(xiàn)聚變功率500兆瓦長脈沖氘-氚燃燒等離子體，如果進(jìn)展順利，將于2025年建成運(yùn)行。

其次，我國已經(jīng)完成中國聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）的設(shè)計，并且在2019年9月正式啟動了聚變堆關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）項(xiàng)目，計劃利用五年多的時間完成CFETR關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)的攻關(guān)。如果順利獲批，CFETR可能于本世紀(jì)30年代建成，將挑戰(zhàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、氚自持、聚變能量輸出等技術(shù)，是開發(fā)聚變能的關(guān)鍵一步。

最后，按照計劃，我們想在本世紀(jì)中葉建成原型聚變電站，并實(shí)現(xiàn)我們的終極目標(biāo)——聚變能實(shí)用化。

這次是100秒，下一個目標(biāo)是什么？

看過了咱們國家磁約束聚變的發(fā)展路線，那么，接下來，EAST又有哪些新的目標(biāo)和任務(wù)呢？

我們給EAST裝置和自己設(shè)定了三大科學(xué)目標(biāo)：1兆安培等離子體電流、1億度高溫等離子體、1000秒長脈沖運(yùn)行。

未來，EAST將聚焦高參數(shù)運(yùn)行模式和長脈沖運(yùn)行模式，瞄準(zhǔn)ITER重要和急需解決的重大科學(xué)技術(shù)問題開展科學(xué)研究，并探索未來CFETR的運(yùn)行模式提供可行的技術(shù)路線。

業(yè)內(nèi)人士如何看待“實(shí)現(xiàn)可控核聚變還有50年”？

網(wǎng)上有個關(guān)于可控核聚變的梗，是說“距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變還有50年”，這句話從本世紀(jì)初一直說到現(xiàn)在，仍未改變，可謂“吐槽恒久遠(yuǎn)，一句永流傳”……

那么作為業(yè)內(nèi)人士，我是如何看待這句調(diào)侃的呢？

我覺得這句話恰恰說明了實(shí)現(xiàn)聚變能開發(fā)的挑戰(zhàn)有多么巨大。回顧聚變研究近70年的歷史，我們曾先后建成了中型托卡馬克和大型托卡馬克，發(fā)現(xiàn)了高約束模式，實(shí)現(xiàn)了功率增益大于1。特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，磁約束聚變迎來全超導(dǎo)托卡馬克時代，使穩(wěn)態(tài)運(yùn)行成為可能。但我們也必須看到，前方還有不短的路要走。

至于究竟有多遠(yuǎn)？我想這我一個人肯定說了不算，反正按照咱們的計劃，隨著聚變科學(xué)的不斷突破，我們樂觀估計本世紀(jì)中葉能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)核聚變能源。

“讓聚變能的第一盞燈點(diǎn)亮在中國”

最后，想和大家分享一下我的心情。

有不少朋友問我，參與這項(xiàng)研究的心情是什么樣的？我們跑在最前面，而且距離商用還有挺長的路走，心中會不會也產(chǎn)生迷茫和不確定感？

實(shí)話實(shí)說，參與該項(xiàng)研究由衷感到自豪，但同時也感到緊迫。

《未來簡史》將能源視為人類發(fā)展的關(guān)鍵資源之一，我們的研究是為可持續(xù)發(fā)展提供能源保障，同時，面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，我們倍感緊迫，希望早日邁向聚變能應(yīng)用，助力碳中和目標(biāo)。

雖然我國對于磁約束聚變的研究起步較晚，但后來者居上，依托EAST裝置，我們成功實(shí)現(xiàn)了從并跑到部分領(lǐng)跑的跨越。與此同時，我們也要看到自身的短板，我們希望通過自身的努力實(shí)現(xiàn)全面領(lǐng)先的跨越。

我們的目標(biāo)很堅定，就是要讓聚變能的第一盞燈點(diǎn)亮在中國，為了這個目標(biāo)，所有聚變?nèi)藢⑿臒o旁騖、全力以赴！