在安徽合肥的科學島上,一個(ge) 名為(wei) “東(dong) 方超環”(EAST)的銀白色環形裝置靜靜矗立。它沒有轟鳴的引擎,也不排放煙塵,卻在2023年的一次實驗中,將一團溫度超過1億(yi) 攝氏度的等離子體(ti) 穩定約束了403秒,刷新了全球高約束模式運行的紀錄。這不僅(jin) 是數字的突破,更標誌著人類離“人造太陽”從(cong) 理想走向現實,又近了一大步。
核聚變,是太陽發光發熱的原理。科學家們(men) 試圖在地球上複製這一過程,用輕元素(如氘、氚)在極端高溫高壓下融合成重元素,釋放巨大能量。與(yu) 核裂變不同,聚變不產(chan) 生高放射性廢料,燃料儲(chu) 量近乎無限——僅(jin) 從(cong) 海水中提取的氘,就能滿足人類億(yi) 萬(wan) 年的能源需求。然而,如何“點燃”並“控製”這團上億(yi) 度的“火球”,一直是世界難題。
EAST的突破,正是破解這一難題的關(guan) 鍵一步。它並非單純追求溫度或能量輸出,而是專(zhuan) 注於(yu) “穩態運行”——即長時間維持高溫、高密度、高約束的等離子體(ti) 狀態。在國際上,大多數托卡馬克裝置隻能維持幾十秒的高約束模,而EAST已實現數百秒級的穩定燃燒。相比之下,韓國KSTAR雖也達到1億(yi) 度,但僅(jin) 維持30秒;歐洲JET創下69兆焦耳能量輸出紀錄,卻因使用常規導體(ti) 無法實現長脈衝(chong) 運行。EAST作為(wei) 全球首個(ge) 全超導托卡馬克,能在零下269℃的超導磁體(ti) 中“托”住上億(yi) 度的等離子體(ti) ,堪稱“冰火兩(liang) 重天”的工程奇跡。
為(wei) 何EAST能實現如此穩定的運行?答案在於(yu) 三項核心技術的協同突破。首先是“邊緣局域模”(ELM)的主動抑製。在高約束模式下,等離子體(ti) 邊緣會(hui) 周期性爆發劇烈熱流,如同微型爆炸,嚴(yan) 重損傷(shang) 裝置內(nei) 壁。這一難題困擾國際學界近30年。EAST團隊創新性地引入共振磁擾動(RMP)與(yu) 實時反饋係統,將劇烈的ELM轉化為(wei) 高頻小幅度釋放,熱負荷峰值降低90%以上,從(cong) 根本上解除了長脈衝(chong) 運行的“安全警報”。
其次是鎢偏濾器的自主研發。偏濾器位於(yu) 裝置底部,負責排出聚變產(chan) 生的氦灰和雜質。傳(chuan) 統碳材料易被高溫侵蝕,導致等離子體(ti) 汙染。EAST采用國產(chan) 高純度鎢裝甲,結合主動冷卻結構,使其能承受每平方米4兆瓦的熱負荷,雜質控製能力提升10倍,壽命更突破10萬(wan) 次熱循環,遠超國際同類裝置。這一“耐高溫、抗腐蝕”的“防火牆”,為(wei) 穩態運行提供了堅實保障。
第三是全超導磁體(ti) 係統的穩定運行。EAST擁有16個(ge) 環向場線圈和14個(ge) 極向場線圈,全部采用超導材料,在液氦冷卻下產(chan) 生高達12特斯拉的強磁場,將等離子體(ti) 牢牢約束在真空室中。其自主研發的超導導體(ti) 性能優(you) 於(yu) 國際標準15%,配合多級低溫屏蔽與(yu) 精密控製係統,確保千秒級運行中磁場無漂移、無失超。這組“無形之手”,是實現長時間高約束的物理基石。
這些突破並非孤立的技術亮點,而是係統集成的成果。EAST國產(chan) 化率高達96%,從(cong) 超導材料、真空部件到控製算法,已形成涵蓋127家企業(ye) 的“聚變方陣”。它不僅(jin) 是實驗平台,更是中國聚變工程試驗堆(CFETR)的“預演場”。目前,CFETR已進入工程設計階段,目標2035年前建成示範堆,實現聚變功率200兆瓦、能量增益Q值超10。而更緊迫的節點是“緊湊型聚變能實驗裝置”(BEST),計劃2027年底在合肥實現全球首次聚變發電演示,邁出從(cong) “科學燃燒”到“工程發電”的關(guan) 鍵一步。
對普通人而言,聚變能意味著什麽(me) ?短期內(nei) ,它不會(hui) 立刻降低電費。初期建設成本高昂,BEST和CFETR仍是驗證性裝置。但從(cong) 長遠看,一旦技術成熟,聚變能將徹底改變能源格局。它不依賴天氣,可全天候提供穩定電力,彌補風電光伏的間歇性缺陷;燃料幾乎免費,運行成本極低,有望成為(wei) 最廉價(jia) 的基荷電源;零碳排放,助力中國實現“雙碳”目標。更重要的是,它將讓國家擺脫對化石能源的進口依賴,掌握真正的能源自主權。
當然,挑戰依然嚴(yan) 峻。氚的自持循環、耐輻照材料、高溫超導磁體(ti) 的規模化應用,仍是橫亙(gen) 在商業(ye) 化前的技術高山。但EAST的每一次放電,都在積累數據、驗證方案、培養(yang) 人才。如今,中國已向全球開放聚變實驗平台,吸引美、德、法等國科學家合作研究。這場能源革命,不再是遙不可及的科幻,而是一條清晰可見的工程路徑。
當403秒的等離子體(ti) 之光在合肥的實驗室中熄滅,它點燃的,是人類對終極能源的希望。這束光或許還需數十年才能照進千家萬(wan) 戶,但它的方向,已經無比明確。




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