中國(guó)“人造太陽(yáng)”核心部件示意圖

讓5000萬(wàn)攝氏度等離子體穩(wěn)定持續(xù)燃燒100.12秒。這是中國(guó)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置在今年7月創(chuàng)造的新紀(jì)錄。其重大意義不僅在于實(shí)現(xiàn)了超高溫度，而且在于檢驗(yàn)了對(duì)等離子體百秒級(jí)高約束運(yùn)行控制的模式。

中國(guó)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置（即Experimental Advanced Superconducting Tokamak，縮寫(xiě)為EAST，也被稱為“東方超環(huán)”）是在真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過(guò)類似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大能量。其原理在本質(zhì)上與太陽(yáng)核聚變相似，因而，“東方超環(huán)”也被譽(yù)為中國(guó)的“人造太陽(yáng)”。

核聚變的燃料是氘和氚，在自然界的存量近于無(wú)限。聚變產(chǎn)生巨量能源時(shí)幾乎不會(huì)有污染物，也無(wú)放射性核廢料，是目前已知的可最終解決人類能源和環(huán)境問(wèn)題的最重要的途徑之一。上世紀(jì)30年代，核聚變的原理就被提出來(lái)，但是產(chǎn)生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們知道，太陽(yáng)中心溫度可達(dá)1500萬(wàn)攝氏度，再加上巨大的壓力，使核聚變能夠進(jìn)行。地球上，人類所能獲得的壓力條件有限，只能通過(guò)將溫度提高至上億度來(lái)彌補(bǔ)。而如此高的溫度沒(méi)有任何一種固體物質(zhì)能承受，只能靠強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束，由此產(chǎn)生了磁約束核聚變。而產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，進(jìn)行磁約束核聚變的反應(yīng)設(shè)備就是托卡馬克裝置（Tokamak）。其中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時(shí)候，托卡馬克裝置的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。第一代托卡馬克裝置由蘇聯(lián)科學(xué)家阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明。

上世紀(jì)90年代初，中國(guó)引入了蘇聯(lián)的托卡馬克裝置，對(duì)其進(jìn)行了大幅改進(jìn)，建成超導(dǎo)裝置HT-7。2003年3月，HT-7獲得超過(guò)1分鐘的等離子體放電，最長(zhǎng)放電時(shí)間達(dá)到63.95秒，成為繼法國(guó)之后，第二個(gè)能產(chǎn)生分鐘量級(jí)高溫等離子體放電的托卡馬克裝置。在HT-7基礎(chǔ)上，中國(guó)科學(xué)家用10年時(shí)間，自主設(shè)計(jì)和建造出世界上首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST。EAST裝置的主機(jī)部分高11米，直徑8米，重400噸，由超高真空室、縱場(chǎng)線圈、極向場(chǎng)線圈等6大部件組成。它集中了超高溫、超低溫、超大電流、超強(qiáng)磁場(chǎng)和超高真空等多項(xiàng)極限。整個(gè)項(xiàng)目的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，自研率在70%以上。取得的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和成果達(dá)68項(xiàng)之多。