東方超環(huán)：點亮未來能源之光

世界首個全超導托卡馬克裝置EAST（圖片來源：中國科學院等離子體物理研究所）

作者黃湘紅段躍初

在人類對能源的不懈探索征程中，核聚變能源以其獨特的魅力，成為了未來能源發(fā)展的希望之星。而我國的EAST全超導托卡馬克裝置（東方超環(huán)），在這一領域的突破，正引領著我們向清潔能源的未來大步邁進。

隨著全球能源需求的不斷增長以及傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭，尋找清潔、可持續(xù)的能源成為了科學界的重要使命。核聚變能源，因其具有資源豐富、無碳排放和清潔安全等突出優(yōu)點，被視為人類未來最主要的清潔能源之一。

核聚變的原理是將兩個輕原子核，如氫的同位素氘和氚，在極高的溫度和壓力下聚合成一個重原子核。在這個過程中，會釋放出巨大的能量，這就是太陽和其他恒星產(chǎn)生能量的方式。地球上的核聚變原料極為豐富，僅海水中的氘就足夠人類使用數(shù)十億年，而且核聚變反應不會產(chǎn)生溫室氣體和長期放射性核廢料，對環(huán)境幾乎沒有污染。

目前，實現(xiàn)核聚變主要有兩種比較有希望的方法，分別是磁約束核聚變和慣性約束核聚變。我國的EAST全超導托卡馬克裝置屬于磁約束核聚變。

磁約束核聚變的原理是利用強大的磁場來約束高溫等離子體，使其在一定的空間范圍內(nèi)發(fā)生核聚變反應。托卡馬克裝置是磁約束核聚變的主要實驗裝置，它的形狀像一個環(huán)形的甜甜圈，通過在環(huán)形器內(nèi)產(chǎn)生強磁場，將高溫等離子體約束在其中。

EAST全超導托卡馬克裝置，即東方超環(huán)，是世界首個全超導托卡馬克裝置。它由中國科學院等離子體物理研究所自主設計、研制和建設，凝聚了眾多科研人員的智慧和心血。該裝置采用了全超導技術，能夠產(chǎn)生更強的磁場，更好地約束等離子體，為實現(xiàn)核聚變反應提供了更有利的條件。

2025年1月20日，EAST裝置取得了重大成果，成功在等離子體溫度超1億度的情況下，維持1066秒的穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，再次創(chuàng)造了托卡馬克裝置高約束模運行新的世界紀錄。

高約束運行模式因其效率高、經(jīng)濟性強，被認為是未來聚變實驗堆和工程堆穩(wěn)態(tài)運行的基本模式。然而，高約束模運行面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)是高約束條件下邊緣局域模引起的等離子體邊緣區(qū)溫度、密度臺基的突然崩塌。這一過程會釋放出強脈沖熱流，導致偏濾器熱負荷過載、靶板材料濺射損傷，大量雜質(zhì)進入芯部等離子體還會引起大破裂。在實驗裝置上實現(xiàn)長脈沖穩(wěn)態(tài)高約束模，難度極高，需要克服眾多技術難題。

EAST裝置的科研團隊經(jīng)過長期的努力和創(chuàng)新，攻克了一個又一個技術難關。他們通過優(yōu)化裝置的磁場位形、改進等離子體控制算法、研發(fā)新型的材料和部件等措施，成功實現(xiàn)了億度千秒高約束模等離子體運行。這一突破不僅展示了我國在磁約束核聚變領域的領先技術水平，也為未來核聚變能源的開發(fā)和利用奠定了堅實的基礎。

EAST裝置的這一重大成果，具有深遠的意義。從科學研究的角度來看，它進一步加深了我們對核聚變物理過程的理解，為后續(xù)的核聚變實驗和理論研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。從能源發(fā)展的角度來看，它向?qū)崿F(xiàn)核聚變能源的實用化又邁出了重要的一步，讓我們距離清潔能源的未來更近了一步。

展望未來，EAST裝置將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用，開展更多深入的研究和實驗。科研團隊將不斷優(yōu)化裝置性能，提高等離子體的參數(shù)和運行穩(wěn)定性，為實現(xiàn)更高水平的核聚變實驗目標而努力。同時，這一成果也將激勵更多的國家和科研機構加入到核聚變能源的研究中來，共同推動這一領域的發(fā)展。

在不久的將來，核聚變能源有望成為我們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕茉磥碓?。它將為我們提供清潔、可持續(xù)的能源，解決全球能源危機和環(huán)境污染問題，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻。EAST全超導托卡馬克裝置，就像一盞明燈，照亮了我們通往未來清潔能源世界的道路，讓我們對未來充滿了期待。