中國(guó)的科學(xué)家們正在努力建造一個(gè)能夠產(chǎn)生無限、低成本能源的核聚變反應(yīng)堆?，F(xiàn)在，他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過1億攝氏度(1.8億華氏度)的持續(xù)等離子體溫度，持續(xù)時(shí)間達(dá)到前所未有的1066秒，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。

這一里程碑于周一在合肥等離子體物理研究所的實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克 (EAST) 設(shè)施中實(shí)現(xiàn)，超過了EAST 在 2023 年4月創(chuàng)下的403秒的紀(jì)錄。

研究人員正在對(duì)中國(guó)“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)試，這是實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵一步。

該研究所所長(zhǎng)宋云濤說：“要實(shí)現(xiàn)自持等離子體并使聚變發(fā)電廠能夠持續(xù)發(fā)電，聚變裝置必須在穩(wěn)定狀態(tài)下高效運(yùn)行數(shù)千秒?！?/p>

科學(xué)家們表示，要在地球上實(shí)現(xiàn)可行的核聚變，等離子體溫度必須高于太陽(yáng)，以彌補(bǔ)地球質(zhì)量較小的缺陷。據(jù)主流估計(jì)，太陽(yáng)核心的溫度約為 1500 萬攝氏度。

周一的突破重現(xiàn)了未來聚變反應(yīng)堆所需的條件?！巴黄?1 億度和 1000 秒的門檻，證明了我們有能力模擬未來聚變發(fā)電廠的運(yùn)行環(huán)境。”

宋云濤表示，實(shí)驗(yàn)還采用了高約束模式(被認(rèn)為是未來聚變反應(yīng)堆的主要高效運(yùn)行模式)，這為正在進(jìn)行的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆 (ITER) 等項(xiàng)目提供了寶貴的見解。

聚變將輕原子核結(jié)合成更重的原子核，在此過程中釋放出大量能量。正是這種反應(yīng)為太陽(yáng)和其他恒星提供能量，是宇宙中最基本的能源之一。

與傳統(tǒng)能源不同，核聚變使用豐富的原材料，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放，是解決人類能源挑戰(zhàn)最有希望的解決方案之一。

然而，復(fù)制太陽(yáng)內(nèi)部的條件仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。核聚變裝置必須將等離子體(一種極熱的帶電物質(zhì)狀態(tài))加熱到 1 億攝氏度以上，并維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以觸發(fā)核聚變反應(yīng)。

托卡馬克裝置是科學(xué)家們目前正在研究的核聚變技術(shù)的前沿。這種甜甜圈形狀的裝置使用強(qiáng)大的磁場(chǎng)將等離子體限制并加熱到極端溫度。

位于合肥的超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)中心EAST 于 2006 年建成，是世界領(lǐng)先的核聚變研究平臺(tái)之一，迄今為止已進(jìn)行了 15萬多次等離子體操作。通過一系列測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)已將等離子體操作時(shí)間從 30 秒逐漸延長(zhǎng)到 1066 秒。

在高約束模式下運(yùn)行面臨著巨大的挑戰(zhàn)，例如等離子體溫度和密度的突然下降可能會(huì)損壞托卡馬克的關(guān)鍵部件。

EAST的研究人員通過優(yōu)化加熱系統(tǒng)、提高控制精度和改進(jìn)診斷方法解決了一些問題。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，這些進(jìn)步使科學(xué)家們能夠?qū)崿F(xiàn)超過17分鐘的運(yùn)行穩(wěn)定。

據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，從事中國(guó)下一代“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目——聚變工程試驗(yàn)反應(yīng)堆(CFETR)的科學(xué)家已經(jīng)完成工程設(shè)計(jì)階段，該設(shè)施預(yù)計(jì)將于2035年投入運(yùn)營(yíng)。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)商業(yè)聚變公司也在不斷發(fā)展壯大。 2023 年，總部位于上海的初創(chuàng)企業(yè)能量奇點(diǎn)利用其洪荒70裝置產(chǎn)生并維持等離子體，這是世界上第一臺(tái)由私營(yíng)公司建造的全高溫超導(dǎo)托卡馬克。