2025年1月20日,从中国科学院合肥物质科学研究院传来振奋人心的消息:国家重大科技基础设施——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST,俗称“人造太阳”)成功实现了等离子体在1.2亿摄氏度下稳定运行1056秒,一举刷新了此前由该装置保持的世界纪录。这意味着人类距离实现“用海水燃烧出无限清洁能源”的梦想,又迈出了实质性的一大步。

什么是“人造太阳”?

“人造太阳”并非字面意义上在天空悬挂一个太阳,而是指可控核聚变装置。太阳之所以能持续发光发热,是因为其内部在巨大引力和高温高压下,氢原子核聚变成氦原子核,同时释放出巨大能量。科学家们希望在地球上复现这一过程——用强磁场约束超高温等离子体,让氘和氚发生聚变反应,从而获得几乎取之不尽的清洁能源。

与核电站的核裂变(重原子核分裂)不同,核聚变具有原料丰富(海水中的氘可供人类使用百亿年)、放射性废物极少、固有安全性高等无可比拟的优势。一旦实现商用,它将彻底解决全球能源危机与碳排放问题。

突破的“含金量”何在?

此次EAST装置取得的突破,核心在于同时实现了“高温、长脉冲、高约束”三个关键指标的协同优化。此前,国际聚变界长期面临一个“不可能三角”:延长等离子体运行时间往往伴随着温度下降或约束性能劣化。

EAST团队通过自主研发的先进等离子体控制算法新型偏滤器技术,成功将等离子体中心电子温度稳定在1.2亿摄氏度(约等于太阳核心温度的8倍),并维持超过17分钟。这一成就验证了全超导托卡马克装置在稳态运行模式下实现高性能等离子体的可行性,为下一代聚变工程堆(如中国的“中国聚变工程实验堆”CFETR)的设计提供了关键数据。

中科院合肥研究院等离子体物理研究所所长在发布会上表示:“这相当于在游泳池里用磁场控制住一束比太阳还热的气体,并让它稳定燃烧1000多秒不‘逃跑’,这是极其复杂的系统工程。”

全球瞩目的“东方超环”

EAST装置素有“东方超环”之称,是国际聚变研究领域开放共享的实验平台。自2006年建成以来,它已先后实现1兆安等离子体电流、1亿摄氏度等离子体、百秒级长脉冲运行等里程碑。本次千秒级突破,标志着中国在稳态高参数等离子体物理研究方面已稳居世界第一梯队。

与此同时,国际上由35国共建的ITER(国际热核聚变实验堆)正在法国建设中,预计2030年代才能点火。而中国正在同步推进CFETR的设计,规划在2035年前建成运行,目标是实现聚变能示范发电。EAST此次的成绩,无疑为CFETR的关键技术验证注入了强心剂。

专家解读:1000秒意味着什么?

“1000秒是稳态运行的一个门槛。”北京大学核聚变专家孟教授分析指出,“聚变装置若想实现发电,单次运行时间必须是‘小时级’。1000秒已经接近20分钟,说明我们已经掌握了在工程条件下延长等离子体寿命的核心方法。下一步如果能攻克氚增殖、材料抗辐照等工程难题,商业聚变电站有望在本世纪中叶成为现实。”

能源自由的曙光

尽管距离“万家灯火聚变来”仍有数十年的研发与工程落地之路,但每一次纪录的刷新都在缩短这一距离。EAST团队透露,下一阶段将挑战5000秒甚至更长脉冲运行,同时探索聚变功率的稳定输出。

“人造太阳”的每一次突破,都不仅是科学家的狂欢,更是全人类对抗气候变化、谋求可持续发展的希望之光。当海水中的氢元素被点燃,人类将真正拥有一个永不枯竭、洁净安全的“人造太阳”。而在迈向这一宏伟目标的征程上,中国正以持续的创新加速度,书写着属于自己的“逐日”篇章。