让“人造太阳”从东方升起（砥砺奋进的5年·中国温度）

中国“人造太阳”(Baidu.com)核心部件示意图

让5000万摄氏度的等离子体稳定燃烧100.12秒。这是中国超导托卡马克实验装置今年7月创下的新记录。它的重大意义不仅在于实现了超高温，而且在于检验了控制100秒高约束等离子体运行的方式。

中国超导托卡马克实验装置(缩写为EAST，也称为“东方超循环”)是一种将少量氢同位素氘或氚加入真空室，通过类似变压器的原理产生等离子体，然后增加其密度和温度，使其发生聚变反应，在反应过程中产生巨大能量的装置。它的原理在本质上类似于太阳的核聚变。因此，“东方超级环”也被称为中国的“人造太阳”。

核聚变燃料是氘和氚，它在自然界的存量几乎是无限的。核聚变产生大量的能量，几乎没有污染物，也没有放射性核废料，这是已知的最终解决人类能源和环境问题的最重要的方法之一。20世纪30年代，核聚变的原理被提出，但是产生受控核聚变所需的条件非常苛刻。我们知道太阳中心的温度可以达到1500万摄氏度，加上巨大的压力，这使得核聚变成为可能。在地球上，人类可用的压力条件是有限的，只能通过将温度提高到数亿度来补偿。然而，没有任何固体物质能够承受如此高的温度，而这种温度只能受到强磁场的限制，从而产生磁限制核聚变。产生强磁场并进行磁约束核聚变的反应设备是托卡马克。中间是一个环形真空室，周围缠绕着线圈。当通电时，托卡马克装置内部会产生巨大的螺旋磁场，将等离子体加热到非常高的温度，从而达到核聚变的目的。第一代托卡马克装置是由苏联科学家阿兹莫维奇等人在20世纪50年代发明的。

20世纪90年代初，中国引进了苏联的托卡马克装置，对其进行了重大改进，并建造了超导装置HT-7。2003年3月，HT-7获得了超过1分钟的等离子体放电，最长放电时间达到63.95秒，成为继法国之后第二个产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置。在HT-7的基础上，中国科学家独立设计并建造了世界上第一个全超导托卡马克装置EAST。EAST装置的主体部分高11米，直径8米，重400吨。它由6部分组成，包括超高真空室、纵向场线圈和极性场线圈。它专注于超高温、超低温、超高电流、超高磁场和超高真空。整个项目的本地化率在90%以上，自主研发率在70%以上。拥有自主知识产权的技术和成果已达68项。

EAST的建成使中国成为世界上少数几个拥有超导托卡马克装置的国家之一，极大地推动了中国在磁约束聚变方面的研究水平走在世界前列。建成后，EAST进行了许多成功的实验，并创造了许多托卡马克运行的世界纪录。2012年，EAST实现了30秒的高约束等离子体放电。2013年1月，EAST获得了另一个重要的实验结果。其辅助加热项目的中性束注入系统(NBI)在综合测试平台上成功实现了100秒长脉冲氢中性束提取，初步验证了系统的长脉冲运行能力。2016年，EAST获得了60秒的完全非感应电流驱动(稳态)高约束模式等离子体。以下是今年7月取得的显著成绩。

在大力推进托卡马克装置研发和实验的同时，中国积极参与国际热核聚变实验堆ITER项目。该项目是世界上最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。其目标是在和平利用聚变能源的基础上探索科学和工程技术中聚变的可行性。根据相关协议，为ITER项目提供组件是中国参与的重要方式。

2013年8月，中国开发并生产了大电流高温超导DC电缆，这是一种供应给国际热核聚变实验堆的超导电缆。2016年4月，中国承担了第一个超大型部件的生产和设计，即脉冲高压变电站(PPEN)的第一个主变压器，该变压器被运输到法国，在那里建造了ITER设施。2016年12月，由核公司西南物理研究所自主研发制造的第一个超热负荷墙体原型——国际热核聚变堆芯组件，首次获得权威机构的国际认证。这是中国对国际热核聚变项目的又一重大贡献。目前，中国已经上升到ITER 7方采购计划的首位。在核聚变领域，中国不再扮演可选的“小角色”。通过参与ITER，中国进一步提高了设备制造能力，并培训了一批专业人员。

1亿摄氏度，1000秒，这是中国科学家和东方“东方超级环”追求的目标。因为只有当氘和氚的等离子体被瞬间加热到1亿摄氏度，持续至少1000秒，才能形成持续的反应，人类才能利用核聚变。

在积极推进EAST实验的同时，中国将目光投向了下一个目标:设计和建造自己的下一代核聚变装置。2011年，中国聚变工程实验堆开始设计研究。几年来，该项目集中了中国磁约束聚变研究的骨干力量，组建了强大的国家团队，努力消化ITER和国际磁约束聚变反应堆的设计和技术，并进行了大胆的创新。2015年8月，中国成功完成聚变工程实验堆概念设计。据报道，相关设备已完成设计研究并开始工程设计。可以期待的是，中国将在人类发展清洁、无限的核聚变能源领域进行新的探索和实践，为“人造太阳”的早日崛起做出突出贡献。