中國「人造太陽」挺進燃燒實驗 核聚變技術達國際前列

中核集團28日宣布，新一代「人造太陽」「中國環流三號」實現「雙億度」，首次實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數大幅躍升，中國可控核聚變技術取得重大進展，研究進入燃燒實驗階段，向工程化應用邁出重要一步。專家表示，下一步，科研人員將對「中國環流三號」裝置進行能力升級，進一步獲得可控核聚變反應的核心關鍵數據。

「中國環流三號」是中國自主研製的可控核聚變大科學裝置，其能量產生原理與太陽發光發熱相似，因此被稱為新一代「人造太陽」。核聚變能夠釋放原子核中的巨大能量。太陽發出光和熱，就是源源不斷進行核聚變的結果。實現可控核聚變，能夠為人類的發展提供用之不竭的清潔能源。「人造太陽」聚變反應釋放能量巨大，聚變資源儲量豐富，主要產物清潔安全，被稱為「人類未來的理想能源」。

作為中國自主研製的先進磁約束核聚變實驗裝置，「中國環流三號」在最新實驗中首次實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的參數水平。「我們的實驗實現了『雙億度』，綜合參數也大幅躍升，標誌着中國的核聚變研究挺進燃燒實驗。」中核集團「中國環流三號」總設計師鍾武律在接受媒體採訪時表示，此次實驗中，由團隊自主研發的加熱、控制與診斷等設備與系統首次投入運行，相關技術指標達到國際前列，創造了中國核聚變研究多項新紀錄。挺進燃燒實驗，更意味着可控核聚變走向應用的核心環節。

原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，這兩項溫度破億度意味着什麼？鍾武律表示，實現核聚變的一個必備條件就是原子核的溫度，也就是離子的溫度，要超過1億度。所以這個進展，其中很重要的就是離子溫度。電子溫度破億度，實際上也體現了整個裝置的加熱、控制和運行能力的提升。衡量核聚變裝置及核聚變研究的水平，主要看三個參數，原子核溫度也就是燃料的離子溫度、等離子體密度和能量約束時間，這三項參數的乘積達到一定數值就可以實現核聚變反應，這就是著名的「聚變三乘積」。

中核集團介紹，在本次實驗中，團隊自主研製的高功率微波迴旋管成功投入運行，最高注入功率達2.5兆瓦，助力電子溫度達到1.6億度；2套具有完全自主知識產權的高功率中性束注入加熱系統建成並投運，單條束線最大功率達7兆瓦，為提升原子核溫度發揮了關鍵作用；高壓電源多項核心技術取得突破，最高可實現120千伏直流輸出，總體技術水平達到國際先進。

「我們目前實驗裝置也才發揮40%左右的能力，下一步我們將對整個裝置進行全面升級，使參數達到我們的設計指標，並結合運行方案優化」，鍾武律表示，未來將探索如何更加有效地提高「聚變三乘積」，同時可以研究例如阿爾法粒子的一些行為等前沿物理問題，進一步獲得可控核聚變反應的核心關鍵數據。

由於單位燃料聚變反應釋放能量巨大，聚變資源儲量豐富，主要產物清潔安全，可控核聚變一直被視為未來解決人類能源困境的長久出路。然而，可控核聚變歷經半個多世紀發展，商業應用仍有相當距離。近年來，全世界國際聚變領域再度掀起熱潮，大型裝置和研發項目頻繁取得新進展，私營企業異軍突起，主要國家政策上也跟進支持，形成一股聚變「競賽」態勢。

根據國際原子能機構今年初的數據，全球已有163座在運、在建和計劃建設的聚變研究設施。當今國際重大科學工程之一的國際熱核聚變實驗堆（ITER）在中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方合作下不斷突破難題取得建設進展。各國主要科研機構陸續新建和升級聚變研究設施，實驗成果取得新突破。在國外大型裝置中，美國DIII-D國家聚變設施和國家點火設施（NIF）、俄羅斯T-15MD托卡馬克裝置、英國的歐洲聯合環裝置（JET）、德國Wendelstein 7-X仿星器裝置、韓國KSTAR超導托卡馬克裝置、日本JT-60SA托卡馬克研究裝置等都在不同技術路線和指標上刷新紀錄。