2021年5月28日凌晨，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院全超導托卡馬克裝置EAST（東方超環(huán)）控制大廳傳來捷報，正在開展的第16輪EAST 裝置物理實驗實現(xiàn)了可重復的1.2億度101秒等離子體運行和1.6億度20秒等離子體運行，再次創(chuàng)造托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀錄。（圖1）

圖1 2021年5月28日凌晨，物理實驗成果現(xiàn)場

EAST 是由國家發(fā)展和改革委員會批準立項的“九五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。2020年6月，合肥研究院等離子體物理研究所啟動EAST 裝置的升級改造，歷時一年，性能得到全面提升，并在物理實驗中攻克了穩(wěn)態(tài)高功率加熱、完全非感應(yīng)的高電流驅(qū)動、高精度等離子體實時控制、高熱負荷等離子體與壁材料相互作用等技術(shù)難題。1.2億度101秒等離子體運行的實現(xiàn)，將去年EAST裝置物理實驗實現(xiàn)的1 億度20 秒的世界紀錄提高了5 倍，表明EAST 裝置綜合研究能力獲得重要進展，標志著我國在穩(wěn)態(tài)高參數(shù)磁約束聚變研究領(lǐng)域引領(lǐng)國際前沿。

核聚變能具有資源豐富、無碳排放和清潔安全等突出優(yōu)點，是人類未來理想的清潔能源之一，可為實現(xiàn)碳中和做出重要貢獻。實現(xiàn)核聚變發(fā)電的兩大難點是如何實現(xiàn)上億度點火和穩(wěn)定長時間約束控制。上億度等離子體長時間維持尤為困難，這需要將上億度等離子體與零下269度超導磁體、高熱負荷等離子體與壁材料相互作用、動態(tài)精密控制等多項極端條件同時高度集成和有機結(jié)合，難度和挑戰(zhàn)非常大，此前國際上超過1億度的等離子體運行最長持續(xù)時間為20秒。

上億度高溫等離子體條件下連續(xù)穩(wěn)態(tài)運行是未來聚變發(fā)電的必要條件。本次物理實驗成果是EAST 裝置首次在國際上采用全金屬主動水冷第一壁、高性能鎢偏濾器、穩(wěn)態(tài)高功率波加熱、等離子體位形精密控制等一系列未來聚變堆必須采用的關(guān)鍵技術(shù)的驗證。這些關(guān)鍵技術(shù)是我國聚變科學家和工程師近年來在國家發(fā)展改革委、科學技術(shù)部、國家自然科學基金委員會、中科院、安徽省、合肥市以及合肥綜合性國家科學中心等的支持下，自主發(fā)展掌握的聚變工程核心技術(shù)。

目前，EAST裝置是國際上唯一具備與ITER（國際熱核聚變實驗堆）類似加熱方式和偏濾器結(jié)構(gòu)的磁約束核聚變實驗裝置，是唯一能在百秒量級條件上全面演示和驗證國際熱核聚變實驗堆ITER 未來400秒科學研究的實驗裝置。EAST 裝置上的系列創(chuàng)新研究成果和技術(shù)積累，也為我國自主建造聚變工程實驗堆提供了堅實的科學技術(shù)基礎(chǔ)。