国际热核聚变实验堆|1.6亿摄氏度燃烧20秒！中国人造太阳的成功对全人类意味着什么？等离子体

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5月28日，被称为“人造太阳”的实验性先进超导托卡马克（EAST）在中国科学院合肥材料科学研究所运行，达到了地球有史以来最高温度的新极限。
▲被国外誉为“东方超环”的全超导托卡马克核聚变实验装置
它达到了 1.2 亿摄氏度，持续了101秒。 EAST 还设法将1.6亿摄氏度的温度保持了20秒。这是一个比太阳核心更高的峰值，可以达到1500万摄氏度的极限。
托卡马克（俄语：Токамак）是一种使用强大磁场将等离子体限制在环面形状的装置。环面是一种环形装置，在该装置中，热的稀薄气体（通常是等离子体状态的氢气）通过腔室外电磁体产生的磁场保持凝聚力并远离内壁。它最初是在1950年代由苏联教授Sadyk Azimovi? Azimov（1914-88 年）和莫斯科库尔恰托夫研究所的其他人概念化和发明的。
中国实验性核聚变装置创建于1998年，当时称为HT-7U 。为了便于发音和记忆，并为国内外专家提供准确的科学意义， HT-7U于2003年10月正式更名为EAST 。
2006 年， EAST 项目以明确和更高质量的方式完成。 2006年9月-10月和2007年1月-2月， EAST装置进行了两次放电调试，成功实现了稳定、重复、可控的各种磁构型高温等离子体。
▲高能粒子流过“托卡马克”装置
EAST具有类似于太阳的核聚变反应机制。它的工作原理是在装置的真空室中加入少量的氢同位素氘或氚，通过类似变压器的原理产生等离子体，然后增加其密度和温度以引起聚变反应——这一过程产生巨大的能量。
建设十年以来， EAST在探索可控核聚变方面不断取得进展。 2009年，第一轮EAST试验成功，使中国走在核聚变研究的前沿。 2016年2月， EAST的物理测试又取得重大突破，实现最长温度持续时间达到5000万度。 2018年， EAST达到了包括1亿度在内的多个重要里程碑。这意味着人类将核聚变转化为清洁取之不尽的新能源的努力又取得了重大进展。
能量是生活各个方面运作背后的基本驱动力。目前使用的能源有许多不足之处并不能完全满足人体需要，而核聚变能源被认为是理想的能源出类拔萃。
据计算，每一升水中约含有30毫克氘，通过聚变反应产生的能量相当于300升汽油的热能。地球上仅海水中就含有45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年！
核聚变的第一个条件是将燃料保持在固体、液体和气体之后的第四种物质状态——即等离子体状态。当等离子体温度达到几千万摄氏度甚至几亿摄氏度时，原子核就可以克服排斥力进行聚合反应。加上足够的密度和足够长的热能约束时间，核聚变反应能够稳定地进行。
然而，要同时实现数亿摄氏度的温度和等离子体稳定性的长期约束控制，尤其困难。在认识到核聚变是解决人类未来能源问题的最终目标的同时，国际研究中既有合作也有竞争。
▲目前ITER反应堆已进入最后五年组装阶段
2006年5月24日，欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度7方代表草签了一系列相关合作协议，国际热核聚变实验反应堆（缩写：ITER）计划正式启动。欧盟承担50%的费用，其余6方分别承担10% ，超出的10%用于支付建设过程中由于物价等因素造成的超支。
2018年初，麻省理工学院等离子体科学与聚变中心开始设计建造比ITER更先进、体积小几十倍、成本显着降低且私人出资负担得起的坚固紧凑型聚变反应堆，但这一目标能否实现还有待观察。
中国研究人员目前在该领域取得了重大进展，并朝着从核聚变中获取能量迈出了重要一步。未来，如果实现“人造太阳”的产能和能源供应，将是另一场比工业革命更能推动社会进步的技术革命。
核聚变能源在生产资源丰富、无碳排放、清洁安全等方面具有得天独厚的优势。它是未来人类理想的能源之一，可以为实现消除上述碳的目标做出重大贡献。核聚变产生能量的两大难点在于有规律地达到数亿度，以及稳定点火和长期约束的控制。