本報記者 李迅典
中國“人造太陽”——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）1月20日取得重大突破，成功實現1億攝氏度1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行，再次刷新了托卡馬克裝置高約束模運行的世界紀錄。近日《環球時報》記者走進中國科學院合肥物質院等離子體物理研究所，就EAST的進展、核聚變未來應用前景等問題專訪了該所副所長徐國盛。
“億度千秒”世界紀錄背后的15萬次實驗
徐國盛向《環球時報》記者介紹稱，可控核聚變被視為“終極能源”，其原理是模擬太陽內部反應，通過氘、氚等輕元素聚變穩定釋放能量。與核裂變相比，聚變能原料近乎無限（一升海水可提取的氘，通過核聚變反應產生的能量相當于300升汽油燃燒產生的能量），且無放射性污染，生成物是無害的氦。而托卡馬克裝置是實現可控核聚變的重要方向之一。中國“人造太陽”是世界首個非圓截面全超導托卡馬克裝置，研究長脈沖、高約束、穩態運行條件下的聚變堆物理和工程技術，包含超過200多項自主創新的核心技術。
徐國盛表示，托卡馬克裝置的運行原理是利用強磁場來約束高溫的等離子體。但要想長時間維持等離子體穩定，需要在技術層面克服諸多挑戰。首先，等離子體在1000秒的時間尺度內必須保持高度穩定，控制精度需達到毫秒、毫米量級。一旦控制不穩定，等離子體就會燒壞裝置的部件。因為EAST裝置面對等離子體的內壁材料雖然選用了熔點3000多度的耐高溫金屬，但面對被加熱到1億攝氏度以上的等離子體，一旦發生接觸，內壁就會迅速熔化。所以必須長時間精準控制等離子體，使其不接觸內壁材料，才能維持長時間運行。這就要求磁測量信號積分器測量時，在1000秒內漂移極低，以確保控制精度。
其次，主動冷卻是EAST裝置一大特色技術。徐國盛介紹說，等離子體運行時內壁材料表面溫度較高，如果不能及時將熱量帶走，內壁材料也會超過熔點熔化，導致等離子體整體“熄滅”。因此，必須及時將熱量排走，未來反應堆也必須做到這一點。
中國EAST裝置在今年1月刷新了“億度千秒”的世界紀錄后，徐國盛回顧說：“從60秒到100秒，再到200秒、300秒、403秒，最后到1066秒。每一次都是一個里程碑，22輪物理實驗，我們實驗了整整15萬次。成為開路者是非常困難的。”
從基礎科學向工程實踐的重大跨越
在被問到如何看待中國EAST裝置刷新的“億度千秒”世界紀錄時，徐國盛表示：“目前全世界都在討論在全金屬壁條件下，等離子體能否實現400-3000秒的運行。溫度和密度以及約束時間三者乘積也被稱為‘聚變三乘積’，缺一不可，我國此次的‘億度千秒’不僅極大地增強了國際社會對聚變能源實現的信心，也為相關研究提供了關鍵數據支持。目前，僅中國實現了這一突破，向全世界展現了中國在核聚變領域的強大實力。”
“億度千秒”的實現還標志著中國聚變能源研究從基礎科學向工程實踐的重大跨越。EAST的成功運行不僅是中國核聚變研究的重大突破，也在國際核聚變領域產生了深遠影響。法國正在建造的國際熱核聚變實驗堆（ITER）是當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程項目之一，中國是其成員國之一。徐國盛介紹說，中國不僅承擔了ITER計劃中約9%的核心部件研制任務，更通過EAST為ITER提供了長脈沖運行的關鍵數據。中國承擔的ITER任務100%一次性通過國際評估，交付進度和質量100%滿足所需要求，在七方成員中創造多項第一。4月11日，由中國自主制造的最后一根校正場線圈內饋線完工，運往法國總部。
核聚變帶動的技術已造福人類
徐國盛表示：“目前的實驗裝置只是證明了原理可行性，而沒有真實產生能量。正在建造的聚變能實驗裝置（BEST）將真實產生能量，預計在2027年底建成，在全球率先演示聚變發電。此外，裝置還將利用聚變產生的中子來制造更多的聚變燃料，證明燃料在裝置內可以自持。這將更加接近未來反應堆的實際運行情況。最終，證明工程上的所有技術都可行后，我們將開始建設真正能夠產生電能的示范發電站，這個示范發電站將把電能接入電網，證明電能的轉化和自持能力。”
根據中國磁約束核聚變路線圖，下一代“人造太陽”——中國聚變工程示范堆（CFEDR）正在開展工程設計，未來將瞄準建設世界首個聚變示范電站。從EAST到BEST再到CFEDR，中國聚變能應用正在實行“三步走”戰略。總體來看，核聚變發電的實現仍需克服多項技術難題，但EAST的突破為這一目標提供了重要支撐。
聚變能被視為核能發展的終極目標。開展磁約束核聚變研究，除了用核聚變能源點亮世界，實現人類清潔能源夢想之外，聚變產業也在推動全鏈條產業的發展，比如超導、電源、材料、低溫制冷等技術已應用在交通、醫療、航天等領域。徐國盛對《環球時報》記者說道：“聚變之路依然漫長，但每一次突破都在縮短理想與現實的距離。”▲