界面新聞實(shí)習(xí)記者 | 薛昱婷
中國(guó)“人造太陽(yáng)”再獲突破，實(shí)現(xiàn)可控核聚變還遠(yuǎn)嗎？
據(jù)新華社報(bào)道，4月12日21時(shí)，正在運(yùn)行的全球首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置，實(shí)現(xiàn)了高功率溫度下穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行403秒，創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。此前的101秒世界紀(jì)錄，也由EAST于2017年創(chuàng)造。
EAST裝置利用強(qiáng)磁場(chǎng)，把上億攝氏度的等離子體長(zhǎng)時(shí)間控制在真空容器里，并使核聚變反應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。由于反應(yīng)原理類似太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，因此被成為“人造太陽(yáng)”。
核聚變能源的原材料資源豐富，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，視為人類“終極能源”。
目前全球正在研究的可控核聚變技術(shù)路線，主要包括磁約束和激光慣性約束。實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電的兩大難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)上億度點(diǎn)火和穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間約束控制。
磁約束需要利用裝置，用磁場(chǎng)來(lái)約束聚變物質(zhì)，目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場(chǎng)箍縮及磁鏡等。
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，并于2006年9月28日首輪物理放電實(shí)驗(yàn)取得成功。與國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)裝置相比，它在當(dāng)時(shí)獲得四項(xiàng)世界“第一”，即使用資金最少、建設(shè)速度最快、投入運(yùn)行最早、運(yùn)行后獲得等離子放電最快。
針對(duì)本次的403秒重大突破，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤表示，主要意義在于實(shí)現(xiàn)了“高約束模式”。該模式下，粒子的溫度、密度都大幅度提升，將為未來(lái)聚變電站的提效降本奠定堅(jiān)實(shí)物理基礎(chǔ)。
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，未來(lái)的聚變堆將運(yùn)行在先進(jìn)的高約束模式下。
今年1月，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)表示，近期發(fā)現(xiàn)并證明了一種新的穩(wěn)態(tài)高能量約束模式，保證長(zhǎng)時(shí)間尺度上高能量約束等離子體運(yùn)行。
實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，要求在人工控制條件下等離子體的離子溫度、密度與能量約束時(shí)間三者的乘積夠大，核聚變反應(yīng)釋放出的能量才能實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn)和能量輸出，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的循環(huán)進(jìn)行。
2016年2月，EAST已實(shí)現(xiàn)電子溫度5000萬(wàn)度下，持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電，這是當(dāng)時(shí)國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置在此條件下持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電。
2018年11月，EAST實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破；2021年5月，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；2022年實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，此為低約束模式下的運(yùn)行。
EAST裝置此次實(shí)現(xiàn)的最新突破，也為中國(guó)自主建設(shè)運(yùn)行核聚變堆，以及國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）運(yùn)行提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
ITER是目前全球規(guī)模最大的核聚變項(xiàng)目，也是影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程，聯(lián)合中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)七方共同參與建造。
中國(guó)于2006年正式簽約加入該計(jì)劃。2008年，中國(guó)全面開(kāi)展ITER計(jì)劃工作，承擔(dān)了其中約10%的研發(fā)制造任務(wù)。
除了中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院外，中核集團(tuán)也在研制“人造太陽(yáng)”。
去年10月20日，中核集團(tuán)發(fā)布消息稱，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。