“人造太阳”EAST： 向人类能源终极梦想迈进

 
 
“人造太阳”EAST： 向人类能源终极梦想迈进  
 

我们要在没有任何经验可借鉴的情况下，造出一个需要同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置，这对工艺设计和材料提出了极高的要求。

宋云涛 中科院等离子体物理研究所所长

有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置5月28日取得新突破，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。

地球万物生长所依赖的光和热，源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘，在地球上的储量极其丰富，足够人类利用上百亿年。

如果利用氘制造一个“人造太阳”来发电，人类就能够彻底实现能源自由。曾经童谣里唱的“种太阳”，正被人类一点点变成现实。

用羽绒服、牛仔裤换来托卡马克

制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题：用什么容器来承载核聚变？要在地球上利用核聚变能量，在人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿摄氏度以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多摄氏度。这意味着，找不到盛装如此高温等离子体的容器。

从20世纪50年代开始，我国与国际基本同步，开始了在可控核聚变领域的研究，并于1965年在四川乐山建成了我国核聚变研究基地——西南物理研究所（今中核集团核工业西南物理研究院）。当时，国际上不同的技术路线此消彼长，最终苏联科学家提出的托卡马克方案异军突起，国际核聚变界的重点研究方向随之转向了托卡马克。

20世纪70年代，国家拟在合肥建造一个当时世界先进水平的大型热核反应实验装置。选择合肥的一个重要原因，是中科院电工所已于20世纪60年代在合肥建成一个储能达到2×108焦耳的大型储能电感装置（又称为“八号电感”）。此电感装置能为热核聚变装置的强大脉冲电源提供重要支持。当时策划中的托卡马克实验装置就被命名为“八号装置”，向国家申请立项的大科学工程项目就被称为“八号工程”。

20世纪90年代，我国用羽绒服、牛仔裤、瓷器等生活物资，换了苏联价值1800万卢布的T-7的半超导托卡马克装置。当时，经济情况非常困难，我国科研人员只能依靠自己的力量，对T-7及其低温系统进行了根本性改造。

通过科研人员的不懈努力，先后建成常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M等实验装置。1994年，我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”（HT-7）研制成功，使我国成为继俄、法、日之后第四个拥有超导托卡马克装置的国家，也是我国建成并投入运行的首个超导托卡马克装置。

1997年11月17日，中国科学院在合肥召开HT-7超导托卡马克装置鉴定会，鉴定委员会对建设HT-7装置的决策和工程设计研制及两年多的运行实验情况给予高度评价。

HT-7超导托卡马克装置与我国年轻的聚变人一起走过了17个春秋，这期间完成了第10万次放电。

2013年5月，HT-7正式被中国科学院和原环保部批准退役，成为我国首个获批退役的大科学工程装置。HT-7是一个传奇、一段历史，也是中国磁约束聚变研究走向世界前沿的见证。

边设计、边研发，“人造太阳”在中国点亮

1998年7月，国家“九五”重大科学工程“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”（即“全超导托卡马克核聚变实验装置”，以下简称EAST）正式立项。2000年10月，EAST正式开工建设。

“EAST最大的创新点，是把全超导和非圆截面结合起来，产生稳态和以先进模式运行的等离子体，使研究人员能在稳态条件下对约束改善、破裂控制、粒子输运、能量平衡、功能材料和杂质控制等实现聚变堆稳态运行所必须面对的重大物理问题进行深入研究。” 在当时的EAST大科学工程团队的领军人物万元熙院士看来，物理上的先进性，必将带来工程上的巨大挑战。

在20世纪90年代末，中国聚变工程技术和超导工业十分薄弱，没有研制大型超导磁体、大型低温系统的经历，国际上尚没有任何一个国家研制和建造过全超导托卡马克装置。

万元熙院士带领团队发扬“没有条件创造条件也要上”的精神，在简陋的实验室内成功制造出关键部件和设备，整个项目自研率达90%以上。