中國(guó)“人造太陽(yáng)”，又長(zhǎng)進(jìn)了

半月談?dòng)浾?陳 諾 徐海濤 何曦悅

萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，是常識(shí)。人類可以復(fù)刻太陽(yáng)的神奇力量嗎?安徽合肥科學(xué)島上的一群科學(xué)家就想做這樣的事。他們?nèi)找瓜喟榈闹袊?guó)“人造太陽(yáng)”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)，目標(biāo)只有一個(gè)：讓家家戶戶都掌握太陽(yáng)的開關(guān)，讓人類歷史徹底翻過(guò)能源危機(jī)這一頁(yè)。

聽起來(lái)離我們還很遙遠(yuǎn)，不過(guò)，中國(guó)“人造太陽(yáng)”可是不斷在進(jìn)步。

千秒時(shí)刻至，聚變希望生

2025年1月20日下午，EAST控制大廳的大屏幕上，裝置內(nèi)部的紅光不住閃爍?！?98、999、1000……”隨著計(jì)時(shí)器突破4位數(shù)，沉寂的大廳一下爆發(fā)出掌聲，現(xiàn)場(chǎng)的科研人員紛紛起立歡呼：EAST終于實(shí)現(xiàn)了1億攝氏度1066秒高約束模等離子體運(yùn)行。世界紀(jì)錄，就此刷新。

太陽(yáng)之所以發(fā)光發(fā)熱，源于其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，“人造太陽(yáng)”顧名思義，就是要造出一個(gè)“太陽(yáng)”實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電。核聚變材料在地球上極豐富，且排放無(wú)污染，在許多人看來(lái)是打開“能源自由”之門的鑰匙。

可是怎樣才能讓核聚變?nèi)沼每杉澳?

EAST選擇的技術(shù)路線——磁約束核聚變，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是打造一座“磁籠子”，把等離子體約束起來(lái)，“同時(shí)創(chuàng)造聚變需要的條件，并且設(shè)法長(zhǎng)時(shí)間維持下去，讓核聚變反應(yīng)能夠持續(xù)發(fā)生，向外穩(wěn)定輸出能量?！敝袊?guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所(簡(jiǎn)稱等離子所)所長(zhǎng)宋云濤表示，這是目前公認(rèn)最有希望的聚變技術(shù)。

2006年，中國(guó)自主建成EAST，這個(gè)形似巨罐的大家伙有22個(gè)子系統(tǒng)、近百萬(wàn)個(gè)零部件，擁有核心技術(shù)200多項(xiàng)，集“超高溫”“超低溫”“超強(qiáng)磁場(chǎng)”“超高真空”“超大電流”等極端條件于一身。過(guò)去幾年里，EAST的長(zhǎng)脈沖高約束模運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)，先后實(shí)現(xiàn)了60秒、100秒、403秒等重大突破。

EAST物理實(shí)驗(yàn)總負(fù)責(zé)人龔先祖在控制大廳監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 杜宇 攝

1000秒，是聚變發(fā)電的一道門檻?！熬圩兎磻?yīng)達(dá)到千秒量級(jí)，就能夠較好地實(shí)現(xiàn)自我維持?！彼卧茲f(shuō)，這意味著人類首次在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出未來(lái)聚變堆高效穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的必備條件。

當(dāng)然，這距離造出真正有實(shí)用價(jià)值的“人造太陽(yáng)”，還有很長(zhǎng)的路。尤其重要的是，反應(yīng)堆的配套設(shè)備，需要不斷打磨，與核心技術(shù)一道精進(jìn)。

科學(xué)島以北，名為“夸父”的聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施園區(qū)建設(shè)正酣，這是為未來(lái)聚變實(shí)驗(yàn)堆和工程堆研制核心部件和關(guān)鍵子系統(tǒng)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施所在。

走進(jìn)其中一間廠房，“夸父逐日”的壁畫下，一個(gè)高20米、重5600噸，形如“橘子瓣”的物件映入眼簾。它叫1/8真空室，未來(lái)，8個(gè)這樣的“橘子瓣”合而為一，下一代“人造太陽(yáng)”將在其中“燃燒”。

今年1月14日，園區(qū)內(nèi)的強(qiáng)流直線等離子體裝置“赤霄”通過(guò)專家驗(yàn)收，這座得名于中國(guó)古代名劍的裝置每平方米每秒鐘可極速噴射出10的24次方個(gè)——即億億億個(gè)粒子，一次可連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)以上。我國(guó)成為荷蘭之后國(guó)際上第二個(gè)擁有此類裝置的國(guó)家。

去年年底，“夸父”園區(qū)還建成了國(guó)際尺寸最大、實(shí)驗(yàn)條件最完善的大型超導(dǎo)磁體動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)?！啊涓浮b置啟動(dòng)建設(shè)以來(lái)，已完成80余個(gè)關(guān)鍵里程碑建設(shè)任務(wù)，主體工程進(jìn)度完成83%?！敝袊?guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所團(tuán)委書記葉華龍介紹，到2025年底“夸父”將全部完成建設(shè)。

昔日旁聽者，已是“打樣”人

不久前在瑞士閉幕的2025達(dá)沃斯論壇上，“先進(jìn)核技術(shù)”是流行詞之一，與會(huì)專家普遍認(rèn)為，小型模塊化反應(yīng)堆和核聚變，是人類未來(lái)清潔能源的重要解決方案。為實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，多國(guó)竭盡全力，意欲摘取可控核聚變技術(shù)這一能源技術(shù)“皇冠上的明珠”。

中國(guó)投入磁約束核聚變研究，始于上世紀(jì)70年代。當(dāng)年“背著饅頭出國(guó)學(xué)習(xí)”的國(guó)際會(huì)議門外漢，如今已是世界級(jí)聚變研究會(huì)議的座上賓。歐盟聚變委員會(huì)主席托尼·多恩說(shuō)，相對(duì)于歐美國(guó)家，中國(guó)的聚變研究盡管起步較晚，但效率和進(jìn)展令人驚嘆。

全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置 黃博涵 攝

2006年，中國(guó)正式成為全球最大“人造太陽(yáng)”國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)的參與方。在這個(gè)全球各國(guó)共同“種太陽(yáng)”的國(guó)際大科學(xué)工程計(jì)劃中，等離子體所是中方任務(wù)主要承擔(dān)單位之一。宋云濤說(shuō)，近20年過(guò)去，等離子體所已與全球50多個(gè)國(guó)家超過(guò)120家科研機(jī)構(gòu)建立了穩(wěn)定的交流合作關(guān)系，還助力眾多探索核聚變的新興國(guó)家建設(shè)相關(guān)學(xué)科和裝置。

2024年年初，以ITER實(shí)驗(yàn)運(yùn)行部門負(fù)責(zé)人為首的百余名中外科學(xué)家來(lái)到EAST開展聯(lián)合物理實(shí)驗(yàn)，為ITER的未來(lái)運(yùn)行“打樣”，提前演練未來(lái)技術(shù)難題的攻堅(jiān)之道。

聚變熊熊火，創(chuàng)新滿天星

實(shí)際上，EAST的工作，已經(jīng)與我們的生活有了鏈接。

春節(jié)期間，當(dāng)合肥市民外出采買年貨、走親訪友時(shí)，也許少有人知道，“人造太陽(yáng)”在為他們幫忙。安徽中科太赫茲科技有限公司出品，多臺(tái)脫胎于“人造太陽(yáng)”核心技術(shù)的安檢儀已布設(shè)于市區(qū)數(shù)處人流密集場(chǎng)所，保障節(jié)日安全。

公司總經(jīng)理王宏北這樣解釋：“太赫茲技術(shù)本用于監(jiān)測(cè)‘人造太陽(yáng)’內(nèi)部上億攝氏度‘火球’的運(yùn)行，用于安全檢測(cè)只是‘牛刀小試’，我們還打算將之拓展到腦機(jī)接口等技術(shù)的研發(fā)。”

在距離“夸父”裝置不遠(yuǎn)處的合肥中科離子醫(yī)學(xué)技術(shù)裝備有限公司，科研人員基于“人造太陽(yáng)”研制中發(fā)展的超導(dǎo)、射頻等技術(shù)，自主研發(fā)出質(zhì)子治療系統(tǒng)，可精確高效治療人體腫瘤。目前該系統(tǒng)已完成調(diào)試，計(jì)劃2025年上半年啟動(dòng)臨床實(shí)驗(yàn)。

正在“夸父”裝置現(xiàn)場(chǎng)工作的青年科學(xué)家陳曉嬌，很樂意向人分享他們團(tuán)隊(duì)新成果的轉(zhuǎn)化進(jìn)展。基于“夸父”裝置采取的“超大電流”技術(shù)，他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型智能微網(wǎng)控制系統(tǒng)，可用于解決當(dāng)下新能源接入及消納問(wèn)題。

據(jù)了解，下一代“人造太陽(yáng)”中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆已完成工程設(shè)計(jì)。中國(guó)磁約束核聚變路線圖，已然指向世界首個(gè)聚變示范電站。有生之年，一盞由聚變能點(diǎn)亮的燈火，也許就在你我案頭。