在安徽合肥的科学岛上,一个名为“东方超环”(EAST)的银白色环形装置静静矗立。它没有轰鸣的引擎,也不排放烟尘,却在2023年的一次实验中,将一团温度超过1亿摄氏度的等离子体稳定约束了403秒,刷新了全球高约束模式运行的纪录。这不仅是数字的突破,更标志着人类离“人造太阳”从理想走向现实,又近了一大步。
核聚变,是太阳发光发热的原理。科学家们试图在地球上复制这一过程,用轻元素(如氘、氚)在极端高温高压下融合成重元素,释放巨大能量。与核裂变不同,聚变不产生高放射性废料,燃料储量近乎无限——仅从海水中提取的氘,就能满足人类亿万年的能源需求。然而,如何“点燃”并“控制”这团上亿度的“火球”,一直是世界难题。
EAST的突破,正是破解这一难题的关键一步。它并非单纯追求温度或能量输出,而是专注于“稳态运行”——即长时间维持高温、高密度、高约束的等离子体状态。在国际上,大多数托卡马克装置只能维持几十秒的高约束模,而EAST已实现数百秒级的稳定燃烧。相比之下,韩国KSTAR虽也达到1亿度,但仅维持30秒;欧洲JET创下69兆焦耳能量输出纪录,却因使用常规导体无法实现长脉冲运行。EAST作为全球首个全超导托卡马克,能在零下269℃的超导磁体中“托”住上亿度的等离子体,堪称“冰火两重天”的工程奇迹。
为何EAST能实现如此稳定的运行?答案在于三项核心技术的协同突破。首先是“边缘局域模”(ELM)的主动抑制。在高约束模式下,等离子体边缘会周期性爆发剧烈热流,如同微型爆炸,严重损伤装置内壁。这一难题困扰国际学界近30年。EAST团队创新性地引入共振磁扰动(RMP)与实时反馈系统,将剧烈的ELM转化为高频小幅度释放,热负荷峰值降低90%以上,从根本上解除了长脉冲运行的“安全警报”。
其次是钨偏滤器的自主研发。偏滤器位于装置底部,负责排出聚变产生的氦灰和杂质。传统碳材料易被高温侵蚀,导致等离子体污染。EAST采用国产高纯度钨装甲,结合主动冷却结构,使其能承受每平方米4兆瓦的热负荷,杂质控制能力提升10倍,寿命更突破10万次热循环,远超国际同类装置。这一“耐高温、抗腐蚀”的“防火墙”,为稳态运行提供了坚实保障。
第三是全超导磁体系统的稳定运行。EAST拥有16个环向场线圈和14个极向场线圈,全部采用超导材料,在液氦冷却下产生高达12特斯拉的强磁场,将等离子体牢牢约束在真空室中。其自主研发的超导导体性能优于国际标准15%,配合多级低温屏蔽与精密控制系统,确保千秒级运行中磁场无漂移、无失超。这组“无形之手”,是实现长时间高约束的物理基石。
这些突破并非孤立的技术亮点,而是系统集成的成果。EAST国产化率高达96%,从超导材料、真空部件到控制算法,已形成涵盖127家企业的“聚变方阵”。它不仅是实验平台,更是中国聚变工程试验堆(CFETR)的“预演场”。目前,CFETR已进入工程设计阶段,目标2035年前建成示范堆,实现聚变功率200兆瓦、能量增益Q值超10。而更紧迫的节点是“紧凑型聚变能实验装置”(BEST),计划2027年底在合肥实现全球首次聚变发电演示,迈出从“科学燃烧”到“工程发电”的关键一步。
对普通人而言,聚变能意味着什么?短期内,它不会立刻降低电费。初期建设成本高昂,BEST和CFETR仍是验证性装置。但从长远看,一旦技术成熟,聚变能将彻底改变能源格局。它不依赖天气,可全天候提供稳定电力,弥补风电光伏的间歇性缺陷;燃料几乎免费,运行成本极低,有望成为最廉价的基荷电源;零碳排放,助力中国实现“双碳”目标。更重要的是,它将让国家摆脱对化石能源的进口依赖,掌握真正的能源自主权。
当然,挑战依然严峻。氚的自持循环、耐辐照材料、高温超导磁体的规模化应用,仍是横亘在商业化前的技术高山。但EAST的每一次放电,都在积累数据、验证方案、培养人才。如今,中国已向全球开放聚变实验平台,吸引美、德、法等国科学家合作研究。这场能源革命,不再是遥不可及的科幻,而是一条清晰可见的工程路径。
当403秒的等离子体之光在合肥的实验室中熄灭,它点燃的,是人类对终极能源的希望。这束光或许还需数十年才能照进千家万户,但它的方向,已经无比明确。




新手指南
我是买家
我是卖家

