“人工太阳”EAST： 向人类动力终极愿望跨进

咱们要在没有任何阅历可学习的状况下，造出一个需求一同承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等杂乱环境的设备，这对工艺规划和资料提出了极高的要求。

宋云涛 中科院等离子体物理研讨所所长

有“人工太阳”之称的全超导托卡马克核聚变试验设备5月28日取得新打破，成功完结可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运转，发明托卡马克试验设备运转新的世界纪录。

地球万物成长所依托的光和热，源于太阳核聚变反响后开释的能量。而支撑这种聚变反响的燃料氘，在地球上的储量极其丰富，满足人类使用上百亿年。

假如使用氘制作一个“人工太阳”来发电，人类就可以完全完结动力自在。从前童谣里唱的“种太阳”，正被人类一点点变成实际。

用羽绒服、牛仔裤换来托卡马克

制作“人工太阳”面临一个杰出的实际问题：用什么容器来承载核聚变?要在地球上使用核聚变能量，在人工操控条件下等离子体的离子温度需到达1亿摄氏度以上。而现在地球上最耐高温的金属资料钨的熔化温度是3000多摄氏度。这意味着，找不到盛装如此高温等离子体的容器。

从20世纪50年代开端，我国与世界根本同步，开端了在可控核聚变范畴的研讨，并于1965年在四川乐山建成了我国核聚变研讨基地——西南物理研讨所(今中核集团核工业西南物理研讨院)。其时，世界上不同的技能道路此消彼长，终究苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起，世界核聚变界的要点研讨方向随之转向了托卡马克。

20世纪70年代，国家拟在合肥制作一个其时世界先进水平的大型热核反响试验设备。挑选合肥的一个重要原因，是中科院电工所已于20世纪60年代在合肥建成一个储能到达2×108焦耳的大型储能电感设备(又称为“八号电感”)。此电感设备能为热核聚变设备的强壮脉冲电源供给重要支撑。其时策划中的托卡马克试验设备就被命名为“八号设备”，向国家请求立项的大科学工程项目就被称为“八号工程”。

20世纪90年代，我国用羽绒服、牛仔裤、瓷器等日子物资，换了苏联价值1800万卢布的T-7的半超导托卡马克设备。其时，经济状况非常困难，我国科研人员只能依托自己的力气，对T-7及其低温体系进行了根本性改造。

经过科研人员的不懈努力，先后建成惯例磁体托卡马克HT-6B、HT-6M等试验设备。1994年，我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变试验设备“合肥超环”(HT-7)研发成功，使我国成为继俄、法、日之后第四个具有超导托卡马克设备的国家，也是我国建成并投入运转的首个超导托卡马克设备。

1997年11月17日，我国科学院在合肥举行HT-7超导托卡马克设备鉴定会，鉴定委员会对制作HT-7设备的决议方案和工程规划研发及两年多的运转试验状况给予高度评价。

HT-7超导托卡马克设备与我国年青的聚变人一同走过了17个春秋，这期间完结了第10万次放电。

2013年5月，HT-7正式被我国科学院和原环保部同意退役，成为我国首个获批退役的大科学工程设备。HT-7是一个传奇、一段前史，也是我国磁束缚聚变研讨走向世界前沿的见证。

边规划、边研发，“人工太阳”在我国点亮

1998年7月，国家“九五”严重科学工程“HT-7U超导托卡马克核聚变试验设备”(即“全超导托卡马克核聚变试验设备”，以下简称EAST)正式立项。2000年10月，EAST正式开工制作。

“EAST最大的立异点，是把全超导和非圆截面结合起来，发生稳态和以先进方式运转的等离子体，使研讨人员能在稳态条件下对束缚改进、决裂操控、粒子输运、能量平衡、功用资料和杂质操控等完结聚变堆稳态运转一切必要面临的严重物理问题进行深入研讨。” 在其时的EAST大科学工程团队的领军人物万元熙院士看来，物理上的先进性，必将带来工程上的巨大应战。

在20世纪90年代末，我国聚变工程技能和超导工业非常单薄，没有研发大型超导磁体、大型低温体系的阅历，世界上尚没有任何一个国家研发和制作过全超导托卡马克设备。

万元熙院士带领团队发扬“没有条件发明条件也要上”的精力，在粗陋的试验室内成功制作出要害部件和设备，整个项目自研率达90%以上。

“咱们要在没有任何阅历可学习的状况下，造出一个需求一同承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等杂乱环境的设备，这对工艺规划和资料提出了极高的要求，比方芯部的等离子体温度高达一亿摄氏度，线圈中的温度却要求到达零下269摄氏度，项目难度可见一斑。”中科院等离子体物理研讨所(以下简称等离子所)所长宋云涛告知科技日报记者，为了到达聚变试验设备所要求的条件，EAST团队的科学作业者自主立异，自主规划、研发了大部分具有我国自主知识产权的要害技能，发明性地完结了EAST设备主机的整体工程规划。

研发EAST过程中，许多要害技能取得打破并到达世界先进水平，一同也填补了多项国内空白：大型超导磁体要害制作技能的研发，成功地出产出了EAST所需的悉数超导磁体;发明性地规划、建成了国内最大的大型超导磁体测验试验体系;立异性地规划、制作了我国最大的氦低温体系，制冷才能超越2kW/4.5K……

“EAST设备制作，瞄准世界前沿，高标准、严要求地完结了国家大科学工程制作使命。一同，严厉质量管理，立异性地树立和运转EAST质量管理体系。”宋云涛说。

到2005年末，EAST完结了主机总装以及各分体系的研发和设备作业。2006年3月，成功进行了初次工程调试。2006年9月26日，EAST首轮物理试验成功取得高温等离子体。

历经8年艰苦奋斗和自主立异，世界上新一代全超导托卡马克核聚变试验设备在我国首先建成并正式投入运转，为未来清洁动力的使用和展开供给试验研讨渠道。2006年1月，EAST完结电子温度超越5000万摄氏度，两年后又完结电子温度1亿摄氏度等离子体运转，而太阳中心的温度也不过1500万摄氏度。EAST功能逐步提高。2006年，初次等离子体放电成功，时长只是3秒;2017年7月，完结了安稳的101.2秒稳态长脉冲高束缚等离子体运转，发明了新的世界纪录。

2007年3月1日，国家发改委安排专家对EAST进行竣工检验。专家们以为，我国科研人员在世界上尚无全超导托卡马克的状况下，边制作、边研发，处理了大型超导磁体、大规划低温制冷等一系列要害技能问题，自主规划、加工制作了要害部件，形成了一系列高新技能效果。时任国家发改委副主任张晓强在检验会上指出：EAST大科学工程全面、优质地完结制作使命，是我国科技界的一件大事，是中华民族值得自豪的效果。

从“科学岛”到“世界聚变舞台的中心”

在安徽省会合肥市西郊，有一座面积不到3平方公里、三面环水的半岛。这儿便是我国核聚变最重要的研讨基地——等离子所所在地。EAST也栖息于此。

走进EAST大厅，看到的是一片严重有序的场景，本年度的等离子体物理试验行将敞开，剑指新的世界纪录。

在对受控热核聚变探究过程中，越来越多国家的科研人员知道到，“人工太阳”科学设备规划大、制作周期长、出资本钱高，任何一个国家“关起门来搞制作”都无法处理一切难题，有必要“聚四海之气、借八方之力”。

1985年，美苏领袖为此提出了世界热核聚变试验堆(ITER)方案。但在2001年之前，这个“沙龙”一向将我国拒之门外，其间首要原因是我国的科研水平还不高。但随着EAST研发作业推动，这个局势逐步改动。

2001年，因为美国退出，ITER成员国出于分摊经费的考虑，期望扩展参与国的规模。我国借此再次请求参加，2003年，正式以“相等同伴”身份参加了ITER方案商洽——参加这个高“入门会费”的沙龙，每个成员国要至少许诺10%的投入，约合人民币100亿元。

“参加ITER方案前，世界干流聚变会议上，几乎没有咱们的声响。现在，越来越多我国学者获邀在大会作主题陈述、口头陈述，乃至担任会议主席。”宋云涛说，参加ITER方案后，我国逐步走向世界聚变舞台的中心。

世界聚变能大会，是核聚变范畴的奥林匹克。像宋云涛这样的我国学者，从前是无缘出场的。当今，等离子体所已接连10年被大会特邀作主题陈述;这一范畴的世界尖端杂志，接连多年都以封面故事方式介绍等离子体所年度研讨作业。越来越多双眼睛在重视这颗来自“岛”上的“太阳”。坐落法国的ITER总部也正期待着我国“小太阳”带来更多光和热，把“人工太阳”从愿望变为实际。

凭借我国首个偏滤器位型的核聚变试验设备(HL-2A)和EAST这两个大科学设备，我国与全球120多个聚变研讨机构树立了协作。每年均匀有500人次世界专家拜访我国，展开与我国相关聚变研讨机构的协作研讨。

回顾过去，人类知道核聚变的路现已走了好久。有人问：“在咱们的有生之年，能不能看到一个真实的‘人工太阳’?”

我国工程院院士李建刚坦言，要将效果真实投入商用、变成每家每户可以用的电，或许至少还需求几十年，但他深信：“在我的有生之年，一定有一盏灯能被聚变之能点亮。这一盏灯，一定要，也只能在我国。”