我國“人造太陽”發現新的高能量約束模式（科技自立自強）

對國際熱核聚變實驗堆和未來聚變堆運行具有重要意義

(資料圖)

工作人員對全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）進行升級改造。

新華社記者 劉軍喜攝

記者從中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所獲悉：近期，該所核聚變大科學團隊利用有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克大科學裝置（EAST），發現并證明了一種新的高能量約束模式——超級I模（Super I-mode），對國際熱核聚變實驗堆和未來聚變堆運行具有重要意義。1月7日，國際學術期刊《科學·進展》發表了該研究成果。

目前，實現核聚變反應主要有引力約束、磁約束、激光慣性約束3種方式。太陽因質量大，可通過巨大引力，在極端高溫高壓的環境下發生引力約束核聚變反應。

而在地球上，實現可控核聚變主要有磁約束核聚變和激光慣性約束核聚變兩種方式。激光慣性約束核聚變是采用激光作為驅動器壓縮氘氚燃料靶丸，在高密度燃料等離子體的慣性約束時間內實現核聚變點火燃燒。采用強磁場約束等離子體的方法把核聚變反應物質控制在“磁籠子”里面，就是磁約束核聚變。

從上世紀60年代以來，全世界建造了數百個托卡馬克裝置。利用不同核聚變實現方式而建設的托卡馬克裝置，其等離子體運行模式有多種，不同托卡馬克裝置尺寸、性能不同，能量約束模式也有所區別。其中，磁約束類型托卡馬克是目前全球研發投入最大、最接近核聚變點火條件、技術發展最成熟的途徑。

近年來我國“人造太陽”EAST裝置實驗屢獲突破，先后于2010年運行1兆安等離子體電流、2018年首次實現1億攝氏度高溫等離子體運行、2021年5月28日實現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行、2021年12月30日實現1056秒長脈沖高參數等離子體運行。

超級I模是托卡馬克裝置等離子體運行模式方面的新探索、新發現和新的驗證。據了解，該種先進模式大幅度提高了能量約束效率，具有芯部無雜質積累、便于聚變反應生成物排出、維持平穩溫度臺基等優點，并實現了芯部高約束與邊界不穩定性的兼容，保證了長時間尺度上的高性能等離子體運行。這種無需通過外部控制來確保等離子體穩態運行的高能量約束模式，對于未來聚變堆運行具有重要意義。

“如果把核聚變反應比喻成一道閃電，那么我們的主要目的就是把一道道閃電收集在‘磁籠子’里，聚集更高的能量，然后長時間持續地向外穩定輸出這些能量，為人類所用。”中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤說，“新發現的這種約束模式好比找到比保溫壺保溫效果更好的技術手段，我們一直還在探索和研究，為了更好地控制、更高效地約束能量，減少能量消耗，保持長時間穩定運行。”

《科學·進展》審稿人認為，此項研究成果對核聚變研究具有重要意義，在國際聚變研究界是“一個重大進展”。