●这是聚变史上的里程碑，但离实用还有很长的路要走

●探索可控核聚变，能促进一系列技术进步和成果转化

●如能利用可控聚变能，人类将有能力飞向更远的太空

“人造太阳”是迄今为止人类的终极能源梦想。

核聚变，是太阳产生能量的方式。“人造太阳”是模仿太阳产生核聚变反应原理，尝试在实验室里操控等离子体，源源不断地释放出聚变能。为了驯服核聚变，人类已经探索了70多年，中国科学家也为此奋斗了40多年。

近日，中国科学院第十九届公众科学日活动中，刚刚实现稳态高约束模式等离子体运行403秒世界纪录的“中国太阳”，成为开放日活动中最受关注的大科学装置。

403秒的背后，是超过12万次实验的艰辛付出。近日，记者联系到可控核聚变事业的探索者们，听他们讲述403秒背后的故事。

403秒意味着什么？

位于合肥的“人造太阳”装置，简称EAST，中文名叫东方超环。“EAST四个字母，指实验Experimental、先进Advanced、超导Superconducting、托卡马克Tokamak，中文意思为‘先进实验超导托卡马克’，同时具有‘东方’的含义。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所（以下简称“等离子体所”）科普主管蔡其敏介绍。

EAST作为全球第一台全超导、而非原截面的托卡马克装置，在2000年正式开始建设，2006年建成，当年9月获得第一次等离子体放电，已运行17年，目前正在进行的是第20轮物理实验。

4月12日21时，EAST创造403秒的新纪录。博士伍兴权是这项突破性实验的主要研究人员之一，他解释说，为取得这403秒，科研人员前期做了非常多准备。

为保持等离子体稳定运行，EAST利用特殊材料，在极低温下达到超导状态，从而减少能量损失和电阻；用磁约束技术，通过强大磁场将等离子体困在一个狭小的空间内，避免与容器壁接触，从而减少能量散失。

“这403秒，是聚变史上的一个里程碑。”等离子体所EAST装置实验运行总负责人龚先祖说，EAST经历了122544次的放电，才成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。

在未来，真正的聚变堆需要长年累月运转，要求运转过程中所有的状态参数都要达到稳态。“能够束缚离子体的时间越久，就意味着我们离完全掌握控制它们越来越近。”伍兴权说。

“人造太阳”离实用有多远？

从20世纪50年代开始，核电登上世界能源舞台，并展示出巨大的威力——只要燃烧极少的燃料就可获得巨大的能量。而现有核电站是以原子核的裂变反应为基础，原料储量少，产生的放射性废物处理起来也比较困难。

相比裂变，核聚变反应的原材料在地球上极其丰富，且排放无污染。如果能造一个“太阳”来发电，人类有望实现能源自由。

怎么在地球上实现可控核聚变？上世纪50年代初期，前苏联科学家提出“托卡马克”的概念。托卡马克在俄语中是由“环形”“真空”“磁”“线圈”几个词组合而成——依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场，将极高温等离子体状态的聚变物质约束在环形容器里，以此来实现聚变反应。国际上大型托卡马克装置取得的成果显示，托卡马克是现阶段最有可能实现聚变能商业化的途径。

自上世纪70年代开始，我国集中选择托卡马克为主要研究途径，先后建成并运行了包括中科院物理所的CT-6，中国科学技术大学的KT-5，中科院等离子体所的HT-6B、HT-6M、HT-7，核工业西南物理研究院的HL-1A、HL-1M、HL-2A等托卡马克装置。

在上述基础上，EAST于2006年初成功进行了工程调试并取得了一系列世界领先的成果。龚先祖介绍，EAST虽然仅仅维持了几分钟，但这意味着，在同样的实验条件下，可以把储能和能量提高到更高水平，这也是未来聚变反应堆所采用的运行模式。

但科学家们也清醒地认识到，可控核聚变距离真正实用的装置，还有相当长的距离。

“EAST装置仅仅是磁约束聚变研究的一个基础性实验装置，在物理上和工程上，还需要不断实验，才能达到建设运行未来聚变反应堆需要的条件。”龚先祖说。

他认为，如果各方条件具备，10年之内可以建造一个演示性的核聚变反应堆；在20年之内，可以实现利用聚变能来发电。

相对于实验室中的“人造太阳”，我国也在规划具有实验性质的反应堆，并积极参与国际合作。

国际上，“国际热核聚变实验堆（ITER）”项目自1985年启动至今，已经将近40年。ITER计划的目标是要建造一个可自持燃烧的托卡马克核聚变实验堆，以便对未来聚变示范堆及商用聚变堆的物理和工程问题做深入探索。

2006年，中国同欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国六方草签了《ITER联合实施协定》。这标志着ITER计划实质上进入了正式执行阶段，也标志着我国实质上参加了ITER计划。中国承担ITER计划10%的工程建设任务。

中国在参与ITER项目的过程中，科研团队获得了深度参与国际科研合作项目的机会，积累了建造“人造太阳”的经验，在材料科学、超导技术等领域研发能力得到进步，为中国接下来建造聚变工程实验堆（CFETR）奠定了基础。

可控核聚变的未来是星辰大海

作为人类在能源领域最前沿的探索，可控核聚变的发展离不开多学科多领域的支持。

伍兴权举例说，21世纪各种技术的稳步前进，都对“人造太阳”的研究提供了重要支撑。比如，等离子体控制和数据计算都依赖于高速计算机，“没有计算机的支持，聚变反应是不可能进行的”。

“随着超导技术的进步、先进计算机的运用以及对物理学的探索，我们有望实现更高效、更可靠的核聚变能源，为人类的可持续发展作出更大贡献。”伍兴权说。

另一方面，针对可控核聚变的探索，也能够促进一系列技术的进步。在EAST的牵引下，已衍生出了一系列重要的创新成果，形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块，推动一大批高新技术成果实现转移转化。

比如，质子和重离子放疗是目前国际公认最尖端的放射治疗技术。等离子体所利用大科学装置的超导技术，积极研制国内首套具有自主知识产权的医用超导质子癌症治疗系统，将大幅降低患者治疗费用。

等离子体还能治疗皮肤病，有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点。为此，等离子体所将大科学装置离子束技术引入生物学科，致力于微生物新菌种的创制、发酵调控、产物分离分析及终端产品的研究和产业转化。

龚先祖说，在科幻小说和电影中，聚变能应用前景广泛，但让科幻里的美好愿景成为现实，需要多学科、多种综合实力的结合。“如果真正掌握了可控的聚变能，利用这种动力，可能使得我们的火箭飞向更远的太空，在未来有一天可以遨游宇宙，飞向星辰大海。”

“人造太阳”与能源自由

人造太阳不是一个“大火球”，而是人造、可控的核聚变实验装置,看上去是一个巨大的“罐子”。它拥有类似太阳的运行机制，利用核聚变反应产生巨大的能量。核聚变反应的原材料在地球上极其丰富，且排放无污染。如能实现可控核聚变，人类就有望实现能源自由。

文/王诗堃 徐勉 黄颖彤

供图/视觉中国

编辑/倪家宁