界面新聞?dòng)浾?｜ 戴晶晶

中國(guó)“人造太陽(yáng)”進(jìn)度再次迎來(lái)刷新。

1月20日，位于安徽合肥的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變(EAST)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了超億度、1066秒的長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)下了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。

該運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)突破了千秒量級(jí)，較EAST于2023年4月創(chuàng)造的403秒原紀(jì)錄，延長(zhǎng)了約1.5倍。

“聚變反應(yīng)達(dá)到千秒量級(jí)才能自我維持，跨越‘億度千秒’意味著人類首次在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出未來(lái)聚變堆運(yùn)行所需的環(huán)境。”中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤稱。

據(jù)新華社報(bào)道，這標(biāo)志著中國(guó)聚變能源研究實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)科學(xué)向工程實(shí)踐的重大跨越，對(duì)人類加快實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。

核聚變是輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過(guò)程。由于聚變?cè)牧腺Y源相對(duì)豐富，且無(wú)污染排放，因此可控核聚變被一直認(rèn)為是人類解決能源問(wèn)題的重要出路，視為“終極能源”。

聚變?nèi)胤e(等離子體溫度、密度和能量約束時(shí)間的乘積)是衡量聚變效果的參數(shù)，學(xué)術(shù)界認(rèn)為該數(shù)值達(dá)到10的22次方時(shí)，聚變反應(yīng)輸出的功率才能大于等于為驅(qū)動(dòng)這一反應(yīng)而輸入的功率，達(dá)到點(diǎn)火條件(Q>1)，Q>10則是商用條件。

由于地球上難以形成太陽(yáng)內(nèi)部的壓強(qiáng)，聚變裝置需要將等離子體溫度加熱至1億攝氏度以上，并使高溫等離子體維持一定時(shí)間才有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)聚變。

在各類核聚變技術(shù)路線中，托卡馬克被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”，其裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，像一個(gè)甜甜圈，在通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度。

“按照聚變?nèi)胤e，1億攝氏度、千秒是實(shí)現(xiàn)聚變的必要條件，不是充分條件?！?/span>一位聚變行業(yè)的專家對(duì)界面新聞表示，但未來(lái)核聚變商業(yè)化運(yùn)行需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，EAST長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)具有很大的意義。

據(jù)EAST物理實(shí)驗(yàn)總負(fù)責(zé)人龔先祖介紹，最新的實(shí)驗(yàn)考驗(yàn)了裝置各項(xiàng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，科研人員提升加熱系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)精準(zhǔn)性、診斷系統(tǒng)精確性，解決了等離子體物理集成、壁材料排熱等前沿問(wèn)題。

EAST裝置是中國(guó)新一代可控核聚變研究裝置，也是全球首個(gè)全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，為國(guó)際上最重要的核聚變研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一。

該裝置由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主研制，于2006年9月28日建成，并首次等離子體放電成功，至今等離子體運(yùn)行次數(shù)超過(guò)15萬(wàn)次。

2021年5月，EAST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。當(dāng)年12月，該裝置將電子溫度近7000萬(wàn)攝氏度的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體維持了1056秒。

對(duì)于最新的突破，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所EAST大科學(xué)團(tuán)隊(duì)指出，億度千秒量級(jí)穩(wěn)態(tài)高約束模的實(shí)現(xiàn)充分驗(yàn)證了聚變堆高約束模穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的可行性。

托卡馬克裝置運(yùn)行模式可分為高約束模式和低約束模式，EAST采用的高約束等離子體運(yùn)行模式效率高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)、中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)等未來(lái)聚變實(shí)驗(yàn)堆和工程堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本模式。

EAST實(shí)現(xiàn)“億度千秒”再度逼近了驗(yàn)證聚變的工程可行性，但不意味著核聚變商業(yè)化就近在咫尺。

中國(guó)商業(yè)核聚變公司陜西星環(huán)聚能科技有限公司(下稱星環(huán)聚能)創(chuàng)始人兼CEO陳銳此前對(duì)界面新聞總結(jié)稱，核聚變的商業(yè)化包含三個(gè)階段：首先是科學(xué)的可行性，即理論上可實(shí)現(xiàn)；其次是工程的可行性，即人類有能力實(shí)現(xiàn)這一理論；最后是商業(yè)的可行性，即實(shí)現(xiàn)的方式在經(jīng)濟(jì)上是可接受的。

近兩年，中國(guó)國(guó)家隊(duì)和商業(yè)隊(duì)的“人造太陽(yáng)”突破不斷。

2022年10月，中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”(HL-2M)等離子體電流突破100萬(wàn)安培(1兆安)，創(chuàng)造了中國(guó)可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄，標(biāo)志著中國(guó)核聚變研發(fā)距離聚變點(diǎn)火邁進(jìn)了重要一步。

目前，下一代“人造太陽(yáng)”中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)已完成工程設(shè)計(jì)，計(jì)劃到2035年建成建成聚變工程實(shí)驗(yàn)堆。

2024年6月，能量奇點(diǎn)能源科技(上海)有限公司設(shè)計(jì)、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實(shí)現(xiàn)等離子體放電。這是全球首臺(tái)全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置，也是全球首臺(tái)由商業(yè)公司研發(fā)建設(shè)的超導(dǎo)托卡馬克裝置。