2017年7月3日夜晚，國(guó)家大科學(xué)裝置—世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克（EAST）東方超環(huán)傳出捷報(bào)：實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這標(biāo)志著EAST成為了世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到百秒量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。這一具有里程碑意義的重要突破，表明我國(guó)磁約束聚變研究在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行物理和工程方面走在國(guó)際前列，對(duì)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）和未來(lái)中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）建設(shè)和運(yùn)行具有重大的科學(xué)意義。

核聚變能：人類未來(lái)的理想新能源

煤炭、天然氣、石油等化石能源因其不可再生而終將枯竭，人類未來(lái)的命運(yùn)便在于尋找更加持久的清潔能源。能量巨大又不受制于地理?xiàng)l件限制且可作為主力能源的當(dāng)屬核能。核能分為核裂變能與核聚變能。前者已經(jīng)被人類用于發(fā)電，但裂變堆的核燃料蘊(yùn)藏極為有限，放射性核廢料的處理也是世紀(jì)難題；核聚變能卻不存在上述問(wèn)題，具有先天優(yōu)越性。核聚變能的物理基礎(chǔ)是氫的同位素氘和氚發(fā)生聚變核反應(yīng)。氘和氚基本沒(méi)有放射性，反應(yīng)的生成物是氦氣，對(duì)環(huán)境完全無(wú)害。核聚變的原料儲(chǔ)量也很豐富，氘可以直接從海水中提取，氚則可以通過(guò)氘和鋰反應(yīng)產(chǎn)生。據(jù)估算，一升海水中提煉出來(lái)的氘經(jīng)過(guò)核聚變反應(yīng)釋放出的能量相當(dāng)于300升的汽油。

如果人類掌握了核聚變，將擁有可使用十億年的清潔能源。但是，在地球上實(shí)現(xiàn)持續(xù)核聚變所需的條件極為苛刻，只有在上億攝氏度的高溫等離子體環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)自發(fā)的持續(xù)核聚變反應(yīng)。在地球上如何盛載上億攝氏度的高溫等離子體并加以約束控制，讓它們?cè)谄渲谐掷m(xù)性地發(fā)生核聚變，便是重大挑戰(zhàn)之一。

20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了磁約束的概念，并建成了一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器裝置，人稱托卡馬克。托卡馬克是一個(gè)由封閉磁場(chǎng)組成的“容器”，通電時(shí)，托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，帶電粒子會(huì)沿封閉的磁力線做螺旋式運(yùn)動(dòng)，上億攝氏度高溫的等離子體就這樣被約束在這種環(huán)形的磁場(chǎng)中。托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置被公認(rèn)為是探索、解決未來(lái)穩(wěn)態(tài)聚變反應(yīng)堆工程及物理問(wèn)題的最有效的途徑。

東方超環(huán)：世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置

我國(guó)核聚變能研究始于20世紀(jì)五六十年代，盡管經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間非常困難的環(huán)境，但始終能堅(jiān)持穩(wěn)定、漸進(jìn)的發(fā)展，建成了兩個(gè)發(fā)展中國(guó)家最大的、理工結(jié)合的大型現(xiàn)代化專業(yè)研究院所，即中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所和核工業(yè)西南物理研究院，目前正在運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)裝置是東方超環(huán)裝置（EAST）和環(huán)流器二號(hào)裝置（HL-2A）。其中，由我國(guó)科學(xué)家自主研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EAST裝置是世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。EAST裝置在研制過(guò)程中，解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，自主發(fā)展了68項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，建成了20個(gè)子系統(tǒng)，完成裝置建設(shè)并實(shí)現(xiàn)工程調(diào)試一次性成功。形成了多個(gè)重大創(chuàng)新點(diǎn)，如大型超導(dǎo)磁體、超高真空、偏濾器、超導(dǎo)導(dǎo)體生產(chǎn)等，填補(bǔ)相關(guān)國(guó)內(nèi)空白并具有廣泛的應(yīng)用前景，一些獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)得到了國(guó)際同行的贊賞和借鑒。

EAST裝置因其獨(dú)有的全超導(dǎo)、非圓截面及主動(dòng)冷卻內(nèi)部結(jié)構(gòu)三大特性和在高參數(shù)下開展穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究的能力，已經(jīng)成為國(guó)際磁約束聚變裝置中最前沿的國(guó)際開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一。EAST自2006年首次放電成功至今已開展了14輪物理實(shí)驗(yàn)，總放電超過(guò)8萬(wàn)次，先后創(chuàng)造多項(xiàng)托卡馬克運(yùn)行的世界紀(jì)錄。其中2012年實(shí)現(xiàn)411秒2000萬(wàn)度高參數(shù)偏濾器等離子體和30秒高約束等離子體運(yùn)行；2016年實(shí)現(xiàn)電子溫度超過(guò)5000萬(wàn)攝氏度持續(xù)時(shí)間102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行，以及獲得超過(guò)60秒的穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行；2017年實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，成為世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到百秒量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置；2018年實(shí)現(xiàn)了電子溫度1億攝氏度的等離子體運(yùn)行……

參加ITER計(jì)劃：樹立“中國(guó)創(chuàng)造”品牌形象

中國(guó)在2006年正式參加了全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科技合作項(xiàng)目之一的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃。我方承擔(dān)的ITER部件研發(fā)任務(wù)做到了100%合格、100%國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)度均處于ITER七方30多個(gè)國(guó)家之首。憑借先進(jìn)的研發(fā)工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)國(guó)際競(jìng)標(biāo)贏得了歐盟無(wú)法完成的大型超導(dǎo)磁體建造任務(wù)，研制世界上最大的導(dǎo)體 PF6采購(gòu)包，自行設(shè)計(jì)研制的ITER高溫超導(dǎo)大電流引線成為ITER參加七方中首個(gè)通過(guò)測(cè)試驗(yàn)收的ITER原型件，承擔(dān)的PF5導(dǎo)體成為ITER七方中首件交付ITER現(xiàn)場(chǎng)的大件產(chǎn)品。此外，還實(shí)現(xiàn)向歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)輸出，部分產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)占有率達(dá)到100%。

目前，EAST裝置已成為國(guó)際磁約束聚變裝置中最前沿的國(guó)際開放平臺(tái)之一。新的國(guó)家大科學(xué)裝置—聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合設(shè)施也正在建設(shè)當(dāng)中。為了推動(dòng)中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）項(xiàng)目，目前已經(jīng)開展了CFETR項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部件預(yù)研系列工作。

2011年，時(shí)任國(guó)家副主席習(xí)近平在中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所視察時(shí)指出，核聚變能研究工作為人類在選擇未來(lái)能源方面開辟了一條光明的道路。

在開發(fā)核聚變能的路上，我國(guó)已從“追趕者”跨越到“并跑者”，再到如今成為具備國(guó)際技術(shù)輸出能力的“領(lǐng)跑者”。中國(guó)聚變科學(xué)家們始終堅(jiān)守人類的能源夢(mèng)想并為之奮斗不息，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電目標(biāo)，在中國(guó)點(diǎn)亮核聚變能的“第一盞燈”，為世界核聚變研究做出更多的貢獻(xiàn)。 （葉華龍）