中國科學院合肥物質科學研究院EAST裝置物理實驗實現1.2億度101秒等離子體運行

2021年5月28日凌晨，中國科學院合肥物質科學研究院全超導托卡馬克裝置EAST（東方超環）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，物理實驗成果現場

EAST 是由國家發展和改革委員會批準立項的“九五”國家重大科技基礎設施。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態高功率加熱、完全非感應的高電流驅動、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難題。1.2億度101秒等離子體運行的實現，將去年EAST裝置物理實驗實現的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，標志著我國在穩態高參數磁約束聚變研究領域引領國際前沿。

核聚變能具有資源豐富、無碳排放和清潔安全等突出優點，是人類未來理想的清潔能源之一，可為實現碳中和做出重要貢獻。實現核聚變發電的兩大難點是如何實現上億度點火和穩定長時間約束控制。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、動態精密控制等多項極端條件同時高度集成和有機結合，難度和挑戰非常大，此前國際上超過1億度的等離子體運行最長持續時間為20秒。

上億度高溫等離子體條件下連續穩態運行是未來聚變發電的必要條件。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、穩態高功率波加熱、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鍵技術的驗證。這些關鍵技術是我國聚變科學家和工程師近年來在國家發展改革委、科學技術部、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，自主發展掌握的聚變工程核心技術。

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構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 裝置上的系列創新研究成果和技術積累，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基礎。