动态焦点:超越美国！中国“人造太阳”创辉煌，12万次实验领导全球聚变技术

破世界纪录

【资料图】

好消息，我国的全超导托卡马克核聚变实验装置（以下简称：东方超环）再次打破记录，经过了122254次实验后，等离子体的约束时间终于维持在了403秒，等离子体在稳定高约束下的持续时间，EAST上一次打破该记录是在2017年的101秒，可以说此次的世界纪录是上次世界纪录的4倍！

那么这项技术又带来了哪些影响呢？可能网友就会表示：我们距离可控核聚变的商业化离得更近了。我们先来了解一系列的问题，什么是可控核聚变，说简单点，可控核聚变，就是可以人为控制核聚变所释放的能量，需要多少能量，就进行多少次的聚变反应。

可控核聚变

值得一提的是，这项技术目前来看人类还无法实现，不过科学家们发现太阳似乎正在以核聚变的方式燃烧，据悉太阳每秒钟会将6亿吨的物质进行核聚变反应，因此太阳一秒释放的能量超过了地球上核武器数量释放能量的总和。

这也是人类为何一直致力于可控核聚变的研发工作，由于核聚变采用的是用氢和氦为主的主要聚变材料，而在聚变反应中，核聚变不会释放核污染和核辐射，被誉为是人类未来的清洁能源。

高温与压力

与核裂变不同，核聚变需要在极高的压力和温度下进行，很显然地球上没有这样的条件，因此我们就需要一个装置，比如东方超环，它的作用就是将等离子体约束在一个局部的空间中，继而产生聚变反应。

我们知道太阳的核心温度大约为1500万摄氏度，而太阳内部具有着可怕的压力。如果要在地球上模拟出这样的环境，压力我们无法模拟，但是温度可以调高，当温度稳定在一亿度以上时，我们就具备了核聚变的基本条件。

目前来看，人类当下使用的核聚变类型分为两种，一种是磁约束，一种是惯性约束。磁约束是通过强大的磁场将高温的等离子体固定在一定的空间内，通过不断加热使其达到聚变条件。

超导东方超环

托卡马克是一种利用磁约束来实现磁局限融合的环形装置，它通过生成一个强磁场，使得等离子体中带电粒子在磁场力的作用下做圆周运动，从而实现约束。托卡马克是目前最成熟的磁约束核聚变技术之一，具有约束力强、能耗低等优点，但也需要较大的装置和能量投入。

聚变方式

惯性约束是通过高能量激光或粒子束从多个方向同时击中一个小球形的燃料靶，使其在极短的时间内产生高温高压的环境，引发聚变反应。激光惯性约束是一种利用高能激光或粒子束在极短的时间内辐照氘氚靶来实现聚变的方法。

它通过将燃料靶点抛射开来产生一个局部区域内的高温、高压、高密度等离子体。这种等离子体在惯性作用下会受到自身质量的约束，从而保持相对稳定的形态。

激光惯性约束的优点是设备可以做小，而且开、关火控制性能也比较好，但缺点是需要消耗大量能源产生激光用来点火，而且燃料靶丸制造成本也非常的巨大。

磁约束核聚变

而我国此次的全超导托卡马克是一种利用全超导磁体来实现磁约束核聚变的托卡马克装置。托卡马克装置的主要部件包括纵向场磁体和极向场磁体，它们分别用来产生环形和多极的磁场，以约束和控制等离子体的运动。

全超导托卡马克的特点是使用低温超导材料制造磁体，这样可以大大降低磁体的电阻和能耗，提高磁场的强度和稳定性，实现长脉冲或稳态运行的条件。

维持等离体子

事实上核聚变的过程非常的困难，尤其是在地球上进行，在核聚变的过程中，需要将温度和压力维持在极高的范围内，这就对核聚变内部的装置材料有着极高的要求。

其次，可控核聚变的难点在于要使两个轻原子核克服静电排斥力而接近到足够的距离，从而发生融合聚变形成新的更重的原子核。这需要给原子核提供长时间的极高温度和压力，以及足够长的约束时间，也就是说等离体子维持的时间越长，就意味着核聚变所释放的能量就会越大。而这就会导致越来越多的聚变材料，加入到聚变的反应中。

建造材料

目前来看，我们想要建造一个核聚变堆，需要整个人类文明共同的能力，才能建成，想要建造聚变堆就需要：

选择合适的核聚变反应类型，如氘-氚反应、氘-氘反应或氦-3反应等，确定所需的燃料和产物，最终这些原子都会融合为氦-4。选择合适的核聚变反应堆类型，如激光惯性约束或磁约束等，确定所需的装置结构和参数。选择合适的慢化剂和冷却剂，同核裂变一样，核聚变在聚变的过程中，不仅会释放中子辐射，也需要使用慢化剂和冷却剂对等离子体约束，如水、气体、液态金属或融盐等，确定所需的循环系统和热交换系统。选择合适的控制系统，如控制棒、中子吸收材料或电磁场等，确定所需的反应控制和安全保护系统。选择合适的发电系统，如蒸汽涡轮机、热电转换器或直接转换器等，确定所需的能量转换和输送系统。建造反应堆并输入燃料，启动并维持核聚变反应，调节反应速率和输出功率。

控核聚变技术对人类文明有重大的意义，因为它可以提供清洁、安全、充足和可持续的能源，解决人类面临的能源危机和环境问题。可控核聚变相比核裂变有很多优势，例如，没有放射性废料、没有温室气体排放、没有核泄漏风险、没有核扩散危险等。可控核聚变也可以推动科学技术和工业发展，创造新的就业机会和经济效益。

然而，可控核聚变技术也面临着很多挑战和困难，例如，如何实现能量净增益、如何捕获和利用中子能量、如何抑制等离子体不稳定性、如何选择合适的材料和设计合理的结构等。

国际ITER项目

目前，全球有多个国家和组织正在进行可控核聚变的研究和实验，其中最著名的是国际热核实验反应堆（ITER）项目，它是一个由七个国家联合建设和运行的大型托卡马克装置，目标是实现氘-氚聚变反应的能量净增益。

ITER项目是一个由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七个国家联合建设和运行的大型托卡马克装置，目标是实现氘-氚聚变反应的能量净增益。 根据ITER计划此前发表的公报，有望在2025年首次开机产生第一炮等离子体，氘氚聚变实验预计于2035年开始。

ITER项目目前正在法国进行建设，已经完成了约75%的工程进度。 项目的核心部件包括真空室、超导磁体、中子屏蔽、热负荷第一壁等，由各参与国按照分工提供。 我国作为参与国之一，在其中承担了10%的核心部件和20%的辅助系统的制造任务。

东方超环

我国发展核聚变技术至今，已经进入到了世界顶级水平阵列中，东方超环是目前探索和解决未来聚变反应堆工程和物理问题的最有效的途径之一。我国在2006年建成了世界上第一个全超导非圆截面托卡马克装置——EAST，也被称为“人造太阳”。

EAST装置在国际上具有先进的技术水平和创新能力，已经实现了多项世界纪录，如1.2亿度101秒等离子体运行、1.6亿度20秒等离子体运行、1056秒长脉冲高参数等离子体运行等。

CFERT与ARC

EAST装置为我国参与国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目和自主建造聚变工程实验堆（CFETR）提供了重要的科学技术支持。根据专家的介绍：我国的（CFETR）项目要比美国麻省理工的（ARC）更大更强，因为我们主导的CFETR更大更强，并且可以持续稳定长效的高脉冲增益输出。

事实上，我们一旦实现了可控核聚变技术，建造了核聚变聚变堆，然后成功发电并网，那你就会发现世界将会焕然一新，一切能源都会变成免费。当然了我们当下面临的问题还有很多很多。

实现核聚变的商用过程，依旧是艰难和复杂的。尤其是如何在极高的温度，1亿度以上，使核聚变的过程能够长期的保持，这是一个巨大的难题，等离子体持续存在的时间越长，能量释放的就会越多，持续时间的越短，产生的能量就会越少。

中子辐射

在核聚变的过程中，需要面临的不仅仅是环境问题，还有就是中子辐射，由于中子不带电，可以贯穿一切物质，中子辐射就发生于聚变的过程，这对于参与聚变的操作人员的健康有着一定的威胁。

本文总结

其次还有一点要提的就是，人类初期的核聚变技术，投入将会远远小于结果，比如正常的聚变，一升海水可以产生300升汽油的能量，但是在初期，一升的海水可能只会产生100升汽油的能量，这是因为如果无法持续的稳定聚变的环境，那么就会有大量的聚变材料，遭受到损坏。

因此想要实现可控核聚变技术，并且使其商业化，人类还有很长的路要走。最后祝福我们的科学家再次创造记录，期待我们自己的聚变堆能够早日建成。

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