2017年7月3日：我國核聚變研究獲得重要突破的那一刻

2017年7月3日夜晚，國家大科學裝置—世界上第一個全超導托卡馬克（EAST）東方超環傳出捷報：實現了穩定的101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行，創造了新的世界紀錄。這標志著EAST成為了世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。這一具有里程碑意義的重要突破，表明我國磁約束聚變研究在穩態運行物理和工程方面走在國際前列，對國際熱核聚變實驗堆（ITER）和未來中國聚變工程試驗堆（CFETR）建設和運行具有重大的科學意義。

核聚變能：人類未來的理想新能源

煤炭、天然氣、石油等化石能源因其不可再生而終將枯竭，人類未來的命運便在于尋找更加持久的清潔能源。能量巨大又不受制于地理條件限制且可作為主力能源的當屬核能。核能分為核裂變能與核聚變能。前者已經被人類用于發電，但裂變堆的核燃料蘊藏極為有限，放射性核廢料的處理也是世紀難題；核聚變能卻不存在上述問題，具有先天優越性。核聚變能的物理基礎是氫的同位素氘和氚發生聚變核反應。氘和氚基本沒有放射性，反應的生成物是氦氣，對環境完全無害。核聚變的原料儲量也很豐富，氘可以直接從海水中提取，氚則可以通過氘和鋰反應產生。據估算，一升海水中提煉出來的氘經過核聚變反應釋放出的能量相當于300升的汽油。

如果人類掌握了核聚變，將擁有可使用十億年的清潔能源。但是，在地球上實現持續核聚變所需的條件極為苛刻，只有在上億攝氏度的高溫等離子體環境下才能實現自發的持續核聚變反應。在地球上如何盛載上億攝氏度的高溫等離子體并加以約束控制，讓它們在其中持續性地發生核聚變，便是重大挑戰之一。

20世紀50年代，蘇聯科學家提出了磁約束的概念，并建成了一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器裝置，人稱托卡馬克。托卡馬克是一個由封閉磁場組成的“容器”，通電時，托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋形磁場，帶電粒子會沿封閉的磁力線做螺旋式運動，上億攝氏度高溫的等離子體就這樣被約束在這種環形的磁場中。托卡馬克核聚變實驗裝置被公認為是探索、解決未來穩態聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。

東方超環：世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置

我國核聚變能研究始于20世紀五六十年代，盡管經歷了長時間非常困難的環境，但始終能堅持穩定、漸進的發展，建成了兩個發展中國家最大的、理工結合的大型現代化專業研究院所，即中國科學院等離子體物理研究所和核工業西南物理研究院，目前正在運行的實驗裝置是東方超環裝置（EAST）和環流器二號裝置（HL-2A）。其中，由我國科學家自主研制并擁有完全知識產權的EAST裝置是世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。EAST裝置在研制過程中，解決了一系列關鍵技術難題，自主發展了68項關鍵技術，建成了20個子系統，完成裝置建設并實現工程調試一次性成功。形成了多個重大創新點，如大型超導磁體、超高真空、偏濾器、超導導體生產等，填補相關國內空白并具有廣泛的應用前景，一些獨創的技術得到了國際同行的贊賞和借鑒。

EAST裝置因其獨有的全超導、非圓截面及主動冷卻內部結構三大特性和在高參數下開展穩態實驗研究的能力，已經成為國際磁約束聚變裝置中最前沿的國際開放的實驗平臺之一。EAST自2006年首次放電成功至今已開展了14輪物理實驗，總放電超過8萬次，先后創造多項托卡馬克運行的世界紀錄。其中2012年實現411秒2000萬度高參數偏濾器等離子體和30秒高約束等離子體運行；2016年實現電子溫度超過5000萬攝氏度持續時間102秒的超高溫長脈沖等離子體運行，以及獲得超過60秒的穩態長脈沖高約束等離子體運行；2017年實現穩定的101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行，成為世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置；2018年實現了電子溫度1億攝氏度的等離子體運行……

參加ITER計劃：樹立“中國創造”品牌形象

中國在2006年正式參加了全球規模最大、影響最深遠的國際科技合作項目之一的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃。我方承擔的ITER部件研發任務做到了100%合格、100%國產化、產品質量和進度均處于ITER七方30多個國家之首。憑借先進的研發工藝和質量標準，通過國際競標贏得了歐盟無法完成的大型超導磁體建造任務，研制世界上最大的導體 PF6采購包，自行設計研制的ITER高溫超導大電流引線成為ITER參加七方中首個通過測試驗收的ITER原型件，承擔的PF5導體成為ITER七方中首件交付ITER現場的大件產品。此外，還實現向歐美發達國家的技術輸出，部分產品國際市場占有率達到100%。

目前，EAST裝置已成為國際磁約束聚變裝置中最前沿的國際開放平臺之一。新的國家大科學裝置—聚變堆主機關鍵系統綜合設施也正在建設當中。為了推動中國聚變工程試驗堆（CFETR）項目，目前已經開展了CFETR項目工程設計和關鍵部件預研系列工作。

2011年，時任國家副主席習近平在中國科學院等離子體物理研究所視察時指出，核聚變能研究工作為人類在選擇未來能源方面開辟了一條光明的道路。

在開發核聚變能的路上，我國已從“追趕者”跨越到“并跑者”，再到如今成為具備國際技術輸出能力的“領跑者”。中國聚變科學家們始終堅守人類的能源夢想并為之奮斗不息，爭取早日實現聚變能發電目標，在中國點亮核聚變能的“第一盞燈”，為世界核聚變研究做出更多的貢獻。 （葉華龍）