中国人造太阳创造新的世界纪录 到底什么原因？
“朝着正确的方向，我相信很快 EAST 还会有 500 秒、1000 秒！” 谈及 EAST 的最新成果，在国际热核聚变实验堆（ITER）总部从事研发工作的史善爽告诉 DeepTech。
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图 | EAST 本次取得的成绩（来源：新华社）5 月 28 日凌晨，中科院合肥物质科学研究院 EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）全超导托卡马克装置控制大厅传来喜讯，正在开展的第 16 轮 EAST 装置物理实验，
实现了可重复的 1.2 亿度 101 秒等离子体运行、以及 1.6 亿度 20 秒等离子体运行，再次创造该实验装置的最新世界纪录。
图 | 5 月 28 日凌晨重大物理实验成果现场之一（来源：中科院等离子体物理研究所）谈及为何在凌晨完成，参与本次研究的中科院等离子体物理研究所博士生闫广厚表示：“不是非要选在凌晨，是因为干到那时候了，都不愿意放弃，其实第二天白天再接着做也行。
”EAST 又叫 “东方超环”，2020 年 6 月 EAST 启动升级改造，如今历时一年其性能得以全面提升，并在物理实验中攻克了稳态高功率加热、非感应的高电流驱动、高精度等离子体实时控制、高热负荷等离子体与壁材料相互作用等系列技术难题。
图 | 5 月 28 日凌晨重大物理实验成果现场之二（来源：中科院等离子体物理研究所）本次 1.2 亿度 101 秒等离子体运行的实现，将去年 EAST 物理实验实现的 1 亿度 20 秒的世界纪录提高了 5 倍，
这说明 EAST 的综合研究能力获得重大突破，标志着中国在稳态高参数磁约束聚变研究领域开始引领国际前沿。
图 | “人造太阳” 聚变反应堆内部热像（来源：中科院合肥物质科学研究院）本次成果也进一步证明了核聚变能源的可行性，对此史善爽告诉 DeepTech，核聚变目前面临一项核心问题，就是如何稳定地把上亿度的反应持续进行。
在此前实验里，EAST 分别获得过一亿度等离子体和一百秒以上长脉冲运行这两项成绩，本次实验的意义在于同时实现一亿度和一百秒，而在一亿度这个量级上之前，聚变装置的运行记录是 20 秒单从数据上看，这很明显是一种飞跃。
对于数据背后的意义，史善爽剖析称：20 世纪 90 年代，在部分聚变装置的高参数运行取得成果后，此后多年科学家们都致力于将这种高参数聚变反应加以稳定和持续为此，聚变装置的磁体也从常规磁体、升级到超导磁体，而 EAST 就是全球首个全超导托卡马克。
图 | 中国 EAST “东方超环” 超导托卡马克装置（来源：中科院等离子体物理研究所）此外，还需从材料等方面提高装置第一壁的耐热能力，比如采用钨铜偏滤器、增加主动冷却等另外，还要不断优化等离子体控制技术。
而这些技术都在本次 EAST 的实验上得以成功应用和验证史善爽表示，聚变可行性的背后有着关键技术的支撑，这说明我们的方向是对的再往后，我们还有下一代中国聚变工程实验堆 CFETR 和国际热核聚变实验堆 ITER，这两个装置体量更大，相同技术也会得到更具突破性的成就。
届时，距离聚变能源的终极目标也就越来越近了
图 | 史善爽在国际热核聚变堆的装配大厅（来源：受访者）发明 “人造太阳” 去干预 “不稳定”核聚变能具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等优点，因此它是人类未来理想的清洁能源之一，还可为碳中和作出重要贡献。
众所周知，太阳能发出能量，这种能量来自氢原子核，氢原子核之间会发生相互作用，从而产生核聚变，进而释放光和热但是不是每天都有太阳，因此这种能量并不稳定天气是不可抗力，我们无法干预但是模仿上述原理，发明一个 “人造太阳” 去干预这种 “不稳定”，正是人类的智慧所在。
要想获得无限清洁的能源，“人造太阳” 就得扛得住上亿摄氏度的超高温，还要控制氘（dāo）聚变和氚（chuān）聚变，从而让它们持续稳定地输出能量。
图 | 5 月 28 日凌晨重大物理实验成果后召开的晨会（来源：中科院等离子体物理研究所）而制造托卡马克（Tokamak）环形容器，能利用磁约束来实现受控核聚变科学家发现，在该装置上把氘氚的聚变燃料，加热到几亿摄氏度，即可发生大量热核聚变反应，并且是受控制的反应。
原理已经弄清楚，但是要想实现核聚变发电，所面临的两个难题也和原理息息相关：即如何长期稳定地控制热核聚变反应？以及如何实现上亿摄氏度点火？其中，上亿度等离子体的长时间维持尤为困难，这需要将诸多要素进行高度集成和有机结合，如上亿度等离子体与 - 269℃ 超导磁体、高热负荷等离子体与壁材料相互作用、动态精密控制等多项极端条件。
由于难度过大，此前国际上超过 1 亿摄氏度的等离子体运行最长持续时间只有 20 秒
图 | “氘 - 氚（D-T）” 的核聚变反应产生氦（He）与中子（n）并释放核能（来源：网络）而本此成果也是 EAST 装置首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热、等离子体位形精密控制等关键技术，也就是说本次成果验证了未来聚变堆必须采用的关键技术。
作为磁约束核聚变实验装置，EAST 装置具备与国际热核聚变实验堆（ITER）类似的加热方式和偏滤器结构的，也是全球唯一一个和 ITER 类似的装置它还是唯一能在百秒量级条件上全面演示和验证 ITER 未来 400 秒科学研究的实验装置。
其所取得的系列成果，将为中国自主建造聚变工程实验堆提供坚实科学技术基础但是，很多人只熟悉 EAST 如今辉煌，却鲜少知道立项之初的艰辛，这里洒满了上一辈科学家的心血“十年磨剑终成器，聚变曙光耀东方”1998 年，国家发改委委员会批准立项 EAST，中科院等离子体物理研究所耗时十年辛勤耕耘。
最终在 2007 年 3 月 1 日，作为“九五” 期间的国家重大科技基础设施，EAST 正式竣工当时验收 EAST 的是该项目的总负责人、中国工程院院士万元熙，他对媒体表示，与国外同类装置相比，该团队已建成的装置使用资金最少、建设速度最快、自主创新最多。
图 | 万元熙（来源：网络）中科院原院长、中科院院士白春礼在竣工致辞中评价称：“十年磨剑终成器，聚变曙光耀东方”万元熙生于 1939 年，EAST 验收时他已经 68 岁，早在几十年前，万元熙曾参加过托卡马克的国际会议，他曾回忆称：“以前我们与发达国家有很大差距，出国口袋里没有一点钱，根本谈不上社交”。
而当初向国家提出建造先进 EAST 计划时，这一想法颇为时髦，但他说：“我提出很多大胆的改革思路，年轻人说我不像是位老同志我引领‘新潮流’，是所里第一个贷款买车的”20 世纪 50 年代，前苏联发明了托卡马克装置。
后续几十年的发展中，科学家们一般使用圆截面来制作托卡马克装置，而万元熙做了一个冒险的决定，要做全超导、非圆截面的托卡马克他说：“我的冒险有理论根据一是世界上已经有模型线圈作了相关实验，证明托卡马克可以承受一定量的快速磁通变化；二是物理上也有其他可采用的办法，能够用来降低超导托卡马克对其快速磁通变化的要求。
就像是走路，如果前头是一面墙，人肯定穿越不过，但即使前面只有一条小路，人也能够通过，如果这面墙是纸糊的，人就很容易穿越” 最终，EAST 选择了非圆截面2006 年 10 月，成都国际聚变能会议上，万元熙作了题为《EAST 项目进展概况及未来规划》的开幕演讲，介绍了 EAST 的相关成绩。
来自美国的 Goldstone 教授也参加了该会议，以往类似场合他都坐在第一排，经常在专家演讲结束后提出尖锐问题但这次他站起来并表示：“我建议我们全体起立，为中国的 EAST 热烈鼓掌祝贺！”现任 ITER 组织总装首席总工程师武松涛，是 EAST 的装置主机负责人，他毕业于华中工学院（现华中科技大学）光学工程专业，依靠自学开始研究聚变实验装置，并在 20 世纪 90 年代伊始参与建造了中国首个超导托卡马克实验装置合肥超环（HT-7）。
图 | EAST 的装置主机负责人武松涛（来源：中科院合肥物质科学研究院）合肥超环（HT-7）建成后，他也参与提出建造 EAST，其曾表示：“中科院希望能有年轻的科研人员参与项目，所领导到院里汇报工作有年轻人他们就高兴，如果只是所领导自己，院领导就苦脸相对。
我介入装置总体设计，跟着霍裕平、万元熙、翁佩德几位老领导跑，他们都比我大 20 岁左右我参加了院里及国家组织的几十次项目方案论证，我作总体方案这部分报告有关部委领导看了 HT-7U（EAST 原名）都说，项目本身不错，但工程要持续那么久能否做到后续有人？大科学工程给了我成长的机会，我感谢老同志对我的信任和培养。
”最初他们提出用 2000 万美元建造 EAST，国内外很多专家纷纷表示质疑，多少次方案汇报和论证都是在 “争吵” 中度过，但这些 “不顺” 反而历练了武松涛EAST 各个关键部件的结构，早已清晰镌刻在 EAST 团队成员的大脑中。
没有记录，就没有发生为了让后辈有可参考的资料，从 1998 年到 2001 年，武松涛和同事每年出一本装置设计的文集，序言由他亲自撰写，其一是为了记录工作，其二是希望给后来者留下参考文献EAST 中含有 600 多个绝缘子，万元熙曾打比方说，这些绝缘子好比人脑中的毛细血管，一个破裂没准就会脑瘫痪。
当时他们的绝缘子技术还不够熟悉，武松涛虽然早年在国外参观过托卡马克的绝缘子，但外国团队不愿透露研制技术彼时的绝缘子也贵得离谱，一个就要 1400~1600 美金，算下来 EAST 光绝缘子造价，就得 90 万美金左右。
他们一开始想使用 T-7 装置卸下来的绝缘子，该装置是中科院合肥研究院等离子体所从俄罗斯买来的苏联解体前夕，俄罗斯库尔恰托夫研究所所长卡多姆采夫（Kadomtsev）写信给时任核工业西南物理研究院院长李正武，称愿通过国际合作方式，将价值 1500 万美元的 T-7 装置赠送给中国，该信被转交到时任合肥等离子体所所长的霍裕平所长。
当时，该所领导班子果断决定接收 T-7 装置，1991 年双方签订协议，后面三年间虽然所里经济比较困难，但全所主要人力、财力都投入到 T-7 装置的改造上，并最终改造出当时中国第一个、世界第四个超导托卡马克装置，即前文提到的合肥超环（HT-7）。
说回 EAST 的绝缘子，如果使用俄罗斯 T-7 卸下来的，陶瓷材料不符合 EAST 的要求本想找国内合作伙伴做绝缘材料，但是考虑到经济效益，没有人愿意接当时 EAST 团队的潘皖江只好自己上手干，他曾表示：“绝缘子前后研发了 3 年，自己做了两年。
我们只能自力更生，在实践中摸索着干” 因为成功率较高，他还申请了专利，他说：“对外说我们的成功率达到 90%，人家一般不相信，怎么可能那么高呢？我还没好意思跟他们说，我们的成功率甚至高达 99% 呢！”。
图 | EAST 内部结构（来源：网络）此外，在当时 EAST 总工艺师高大明的指导下，CICC 生产线的建成也为 EAST 的超导磁体绕制、超导磁体实验等奠定了基础负责主抓 EAST 质量的他曾说：“我们的学生在国外，别人问起 EAST 怎么做，他完全可以应答如流。
过去发达国家与我们合作纯粹是为了省点加工费用，现在我们 EAST 的整套经验对它们有用”
图 | 着白 T 恤者为闫广厚（来源：新华社）高大明所讲的“应答如流”，在闫广厚身上有着很好的体现，他目前是该所的一位 95 后博士生——和武松涛一样热爱用文字记录科研历程，这样来看武松涛之前担心的 “后继无人” 似乎并未出现。
在文章中，闫广厚骄傲写道：“很多人都知道核聚变需要 50 年才能实现的这个‘梗’，其实随着国家这些年的不断投入，以及更多的装置落地实现，真的有种感觉，永远的 50 年正在变为 49 年...... 也许中国核聚变实现之时，就是世界风云变化之日。
”
图 | 中国科学院等离子体物理研究所（来源：闫广厚）在那篇文章最后，闫广厚晒了好几张研究所的风景图，他希望更多 90 后甚至 00 后可以像他一样，也来这里做中国核聚变。
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