亿度千秒,EAST在长脉冲高约束模式运行再破世界记录

· 技术突破

1月20日,我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在安徽合肥创造新世界纪录,首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”,标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越,对人类加快实现聚变发电具有重要意义。

EAST形如“巨罐”,汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一体,近百万个零部件协同工作,拥有专利近2000项。十余年来,EAST历经15万多次实验,最终实现“亿度千秒”的长脉冲高约束模等离子体运行,攀上新的科学高峰。

从长脉冲高约束模运行60秒、100秒到2023年的403秒、如今突破1000秒,近年来中国自主研发的“人造太阳”不断刷新世界纪录,让中国聚变研究跻身世界前列,也为全球聚变堆建设提供重要依据。

“聚变反应达到千秒量级才能自我维持,跨越‘亿度千秒’意味着人类首次在实验装置上模拟出未来聚变堆运行所需的环境。”中国科学院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说。

在实验参数跨越的背后,是基础研究和工程技术的跨越。磁约束核聚变,就是让等离子体在“笼子”里沿着“磁跑道”奔跑,进而聚变释放能量。

“以前笼子里跑的是‘小绵羊’,这次实验是一群试图脱缰的‘野马’,考验着装置各项系统的稳定性。”EAST物理实验总负责人龚先祖介绍,科研人员提升加热系统稳定性、控制系统精准性、诊断系统精确性,解决了等离子体物理集成、壁材料排热等前沿问题,显示了我国在这一领域的系统科技能力。

据悉,下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计。根据中国磁约束核聚变路线图,未来瞄准建设世界首个聚变示范电站。

EAST发展历程及成就全回顾

我们梳理了EAST装置的发展历程及其突出成就,以便于读者了解:

  • 1991年底,等离子体所将已停机的苏联托卡马克装置T-7引入国内进行改造,电源、低温等配套系统也陆续引入。
  • 1994年12月,由T-7改造成的超导托卡马克装置HT-7首次获得等离子体,成为中国第一台超导托卡马克装置。
  • 2000年10月,新的升级改造计划“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”由国家发改委正式批准开工建设。
  • 2003年10月,HT-7U正式更名为EAST,即先进实验超导托卡马克,也被称为“东方超环”。
  • 2006年,EAST装置正式建成,成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。
  • 2009年,EAST成功获得稳定重复的60秒非圆截面双零偏滤器位形等离子体放电。
  • 2010年,EAST成功实现了大于60多倍能量约束时间高约束模式的等离子体放电,100秒1500万度偏滤器长脉冲等离子体放电,最高等离子体平均电流达1MA。
  • 2012年,EAST成功获得超过400秒的2000万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束模等离子体放电。这两项实验结果都分别创下世界纪录,标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列。
  • 2016年,获得超过60秒的完全非感应电流驱动(稳态)高约束模等离子体,成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。同年,实现超5000万摄氏度下101秒等离子体运行。
  • 2017年,创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录。
  • 2018年,实现了等离子体中心电子温度1亿摄氏度的稳定运行。
  • 2021年5月,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。
  • 2021年12月,实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是当时世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行。
  • 2023年4月,EAST成功实现了403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,创造了托卡马克装置高约束模式运行新的世界纪录。
  • 2025年1月,EAST首次完成1亿摄氏度1066秒长脉冲高约束模等离子体运行,再次刷新世界纪录。

参考链接:

  • https://mp.weixin.qq.com/s/p3YtRPRvIlW-GLLXRo6FHQ
  • https://mp.weixin.qq.com/s/oOyyaWcJBlfCaLbmbS3llA
  • http://www.ipp.ac.cn/suoqing/sq_ldzj/201804/t20180427_404980.html
  • https://www.cas.cn/syky/202201/t20220104_4820592.shtml
  • https://www.cas.cn/cm/202304/t20230414_4884009.shtml