人造太阳创1亿摄氏度1000秒纪录

人造太阳与可控核聚变技术解析

我国EAST装置的世界纪录

2021年5月28日，中国"人造太阳"全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST，又称东方超环）创造新的世界纪录：首次成功实现1.2亿摄氏度高温等离子体运行101秒和1.6亿摄氏度运行20秒。这一数据将2020年12月韩国保持的1亿摄氏度运行20秒的记录延长了五倍，再次刷新世界之最。EAST是世界上首个实现超导托卡马克全超导的托卡马克装置。

核聚变的基本原理

核聚变是指将几个较轻的原子核融合为一个较重的原子核的反应。融合过程中因质量损失，根据爱因斯坦的质能方程(E=mc^2)，损失的质量以能量形式释放，尽管质量损失微小，但乘以光速的平方后能量巨大。

当前人类使用的核聚变材料为氢的同位素——氘和氚，核聚变反应即氘和氚融合为氦。据计算，1升海水中含有的氘发生核聚变后释放的能量相当于300升汽油燃烧的能量。掌握可控核聚变技术将使人类摆脱传统燃料依赖，进入新能源时代。

托卡马克装置：可控核聚变的核心设备

托卡马克是利用磁约束实现可控核聚变的装置，其工作原理如下：

1. 电离与融合：首先使氘和氚发生电离形成等离子体，在强相互作用下实现原子核融合。
2. 高温要求：氘氚聚变反应启动需至少上亿摄氏度高温，这是技术难点之一。
3. 磁约束解决方案：由于无材料能承受上亿摄氏度高温，采用苏联物理学家萨哈罗夫（"氢弹之父"）于20世纪50年代提出的磁约束方法——利用等离子体带电特性，通过磁场将其约束在真空腔内，使其绕磁场线运动而不接触容器，降低对材料的要求。

"托卡马克"一词源于俄语，代表环形真空室、磁场线圈等核心组件。世界首台托卡马克装置T1由苏联于1958年制造；我国首台托卡马克装置"中国环流器1号"于1984年建成。

超导托卡马克：突破约束时间限制

传统托卡马克的局限

传统托卡马克装置使用普通材料线圈，存在电阻，长期运行会导致线圈发热，引发等离子体不稳定，难以维持长时间高温约束。

超导技术的优势

超导托卡马克装置采用超导材料制造线圈，超导状态下物质电阻为零，能量不会因电阻发热消耗，可输出稳定磁场，显著延长等离子体约束时间。但超导性质需在接近绝对零度（极端低温）下实现，因此装置需同时维持上亿摄氏度等离子体与接近绝对零度的线圈，形成"冰火两重天"的极端环境。

发展历程

• 20世纪70年代：苏联建造世界第一台超导托卡马克装置T7。
• 1990年：苏联将T7装置移交中国，我国经三年改造后命名为HT-7，成为国内首台超导托卡马克装置。
• 东方超环（EAST）：作为世界首个全超导托卡马克装置，代表我国在可控核聚变领域的领先地位。