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編輯：編輯部 JHs

【新智元導(dǎo)讀】等離子體持續(xù)時間新世界紀(jì)錄誕生——1337秒！繼我國在上月突破1000秒大關(guān)后，國際核聚變領(lǐng)域取得新成果。人類有望迎來全新核電時代。

創(chuàng)紀(jì)錄的1,337秒！

2月12日，法國WEST托卡馬克裝置，成功實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的等離子體持續(xù)時間——超過22分鐘。這比幾周前中國EAST裝置的1066秒提升了25%。

不過，WEST只實現(xiàn)了5000萬度的高溫，只有EAST實驗中1億度的一半，但也已超越了太陽中心的溫度。

延長運行時間，是實現(xiàn)核聚變的三大「黃金條件」之一。

而在兩年前，托卡馬克裝置的等離子體維持時間還不到7分鐘。

核聚變反應(yīng)堆所使用的兩種燃料——氘和氚，當(dāng)被加熱到超過5000萬攝氏度時，就會產(chǎn)生等離子體。

等離子體是物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)后的「第四態(tài)」，只有在特殊反應(yīng)堆的超高溫中心區(qū)域才能實現(xiàn)。

要實現(xiàn)核聚變，等離子體須被穩(wěn)定維持在反應(yīng)堆腔室內(nèi)，避免其分散、冷卻，重新變回氣態(tài)。

WEST反應(yīng)堆采用了磁約束技術(shù)，將等離子體牢牢約束在特定空間內(nèi)，有效防止逃逸。

研究人員的終極目標(biāo)是：在確保所有與等離子體接觸的部件，能夠承受輻射而不發(fā)生故障或造成污染的同時，控制住這種本質(zhì)上不穩(wěn)定的等離子體

WEST位于法國南部的CEA Cadarache站點，是一個致力于探索可持續(xù)聚變能必要條件的尖端研究設(shè)施。

在這次實驗中，WEST內(nèi)部的等離子體達(dá)到了5000萬攝氏度的高溫，同時，反應(yīng)堆面向等離子體的組件保持穩(wěn)定，證明鎢等特殊材料的組件能長時間暴露在極端高溫和輻射之下。

CEA基礎(chǔ)研究主任Anne-Isabelle Etienvre表示：「WEST通過注入2MW的加熱功率，將氫等離子體維持了20多分鐘，實現(xiàn)了一個新的關(guān)鍵技術(shù)里程碑。實驗將繼續(xù)進(jìn)行，功率還會增加?！?/p>

在未來幾個月里，WEST團(tuán)隊將全力以赴，致力于實現(xiàn)更長時間的等離子體持續(xù)放電——累計時間可達(dá)數(shù)小時，同時還將進(jìn)一步提高等離子體溫度，以逐步接近理想的聚變等離子體條件。

WEST是CEA的重要設(shè)施，凝聚了該委員會在托卡馬克等離子體研究領(lǐng)域數(shù)十年的經(jīng)驗。

該設(shè)施接待來自世界各地的研究人員，他們充分利用其特有的超導(dǎo)線圈和主動冷卻部件等關(guān)鍵特性來實現(xiàn)長時間等離子體運行。

WEST是國際聚變研究大家庭中的重要成員，與其他CEA研究人員深度參與的重大實驗項目并駕齊驅(qū)，這些項目包括——

位于英國的歐洲聯(lián)合環(huán)形裝置JET（已于2023年底關(guān)閉，保持著聚變能量世界紀(jì)錄），日本的JT-60SA，中國的EAST，韓國的KSTAR，當(dāng)然還有極具代表性的ITER（國際熱核聚變實驗堆）。

「東方超環(huán)」：1億攝氏度1000秒

就在幾天前的1月20日，有「人造太陽」之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），在安徽合肥創(chuàng)造新世界紀(jì)錄，首次完成上億攝氏度1066秒「高質(zhì)量燃燒」。

這標(biāo)志著我國聚變能源研究實現(xiàn)從基礎(chǔ)科學(xué)向工程實踐的重大跨越，對人類加快實現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。

我國自主設(shè)計研制的具有完全知識產(chǎn)權(quán)的世界首個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克裝置EAST，中文名為「東方超環(huán)」

「東方超環(huán)」的簡寫EAST，由實驗「Experimental」、先進(jìn)「Advanced」、超導(dǎo)「Superconducting」、托卡馬克「Tokamak」四個單詞首字母拼寫而成，即「先進(jìn)實驗超導(dǎo)托卡馬克」，同時具有「東方」的含意。

EAST裝置形如「巨罐」，同時具有超高溫，超低溫，超高真空，超強磁場，超大電流等尖端技術(shù)，擁有專利近2000項。

自2006年建成運行以來，等離子體運行次數(shù)已超過15萬次。在長脈沖高約束模運行方面，EAST先后跨越多個重大里程碑：

2012年的30秒高約束模， 2016年的60秒高約束模， 2017年的101秒高約束模、 2023年的403秒高約束模， 直至此次突破1000秒，每一次跨越都凝聚著科研人員的心血和智慧。

在第22輪物理實驗中，EAST大科學(xué)團(tuán)隊瞄準(zhǔn)托卡馬克穩(wěn)態(tài)高性能等離子體前沿物理研究，解決了等離子體芯部與邊界的物理集成、等離子體與壁相互作用、精密控制、實時診斷、主動冷卻等前沿物理和工程技術(shù)問題。

「億度千秒」世界紀(jì)錄的創(chuàng)造，充分驗證了聚變堆高約束模穩(wěn)態(tài)運行的可行性，是聚變研究從基礎(chǔ)科學(xué)研究邁向工程實踐的重大拐點。

據(jù)悉，下一代「人造太陽」中國聚變工程實驗堆已完成工程設(shè)計。根據(jù)中國磁約束核聚變路線圖，將瞄準(zhǔn)建設(shè)世界首個聚變示范電站。

未來，科研人員計劃將EAST裝置的長脈沖高約束模運行時間延長至數(shù)千秒甚至更久，同時依托大型超導(dǎo)磁體動態(tài)性能測試系統(tǒng)，提升超導(dǎo)磁體的載流能力和磁場變化率，為未來聚變堆的超導(dǎo)磁體設(shè)計積累數(shù)據(jù)。

核聚變技術(shù)的應(yīng)用前景

核聚變是一項旨在控制天然不穩(wěn)定等離子體的前沿技術(shù)。

與已經(jīng)具有高能量密度的核裂變相比，核聚變所需的資源和燃料更少，且不會產(chǎn)生長期存在的放射性廢物。

在各種可能的能源產(chǎn)生技術(shù)中，磁約束聚變技術(shù)最為成熟。這種技術(shù)通過強磁場將等離子體約束在環(huán)形裝置中，并將其加熱至足以引發(fā)氫原子核聚變的溫度。

作為WEST和ITER兩大裝置的所在地，法國具備建造首個核聚變反應(yīng)堆原型機(jī)的優(yōu)越條件。

核聚變是一種利用核反應(yīng)的能源形式，它與核裂變能源以及中子與物質(zhì)相關(guān)技術(shù)在多個方面存在潛在的互補性，這些領(lǐng)域的科學(xué)原理已經(jīng)得到深入理解。

然而，實現(xiàn)核聚變能的商業(yè)化應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，其中關(guān)鍵在于將等離子體維持足夠長的時間，以確保能源生產(chǎn)的持續(xù)性。

考慮到大規(guī)模開發(fā)這種能源所需的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模，核聚變技術(shù)在助力實現(xiàn)2050年碳中和目標(biāo)方面可能難以發(fā)揮重要作用。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要突破多個技術(shù)瓶頸，而且這種能源生產(chǎn)方式的經(jīng)濟(jì)可行性也仍需要進(jìn)一步論證。

參考資料：

https://www.cea.fr/english/Pages/News/nuclear-fusion-west-beats-the-world-record-for-plasma-duration.aspx