东方超环：点亮未来能源之光

世界首个全超导托卡马克装置EAST（图片来源：中国科学院等离子体物理研究所）

作者黄湘红段跃初

在人类对能源的不懈探索征程中，核聚变能源以其独特的魅力，成为了未来能源发展的希望之星。而我国的EAST全超导托卡马克装置（东方超环），在这一领域的突破，正引领着我们向清洁能源的未来大步迈进。

随着全球能源需求的不断增长以及传统化石能源的日益枯竭，寻找清洁、可持续的能源成为了科学界的重要使命。核聚变能源，因其具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点，被视为人类未来最主要的清洁能源之一。

核聚变的原理是将两个轻原子核，如氢的同位素氘和氚，在极高的温度和压力下聚合成一个重原子核。在这个过程中，会释放出巨大的能量，这就是太阳和其他恒星产生能量的方式。地球上的核聚变原料极为丰富，仅海水中的氘就足够人类使用数十亿年，而且核聚变反应不会产生温室气体和长期放射性核废料，对环境几乎没有污染。

目前，实现核聚变主要有两种比较有希望的方法，分别是磁约束核聚变和惯性约束核聚变。我国的EAST全超导托卡马克装置属于磁约束核聚变。

磁约束核聚变的原理是利用强大的磁场来约束高温等离子体，使其在一定的空间范围内发生核聚变反应。托卡马克装置是磁约束核聚变的主要实验装置，它的形状像一个环形的甜甜圈，通过在环形器内产生强磁场，将高温等离子体约束在其中。

EAST全超导托卡马克装置，即东方超环，是世界首个全超导托卡马克装置。它由中国科学院等离子体物理研究所自主设计、研制和建设，凝聚了众多科研人员的智慧和心血。该装置采用了全超导技术，能够产生更强的磁场，更好地约束等离子体，为实现核聚变反应提供了更有利的条件。

2025年1月20日，EAST装置取得了重大成果，成功在等离子体温度超1亿度的情况下，维持1066秒的稳态长脉冲高约束模等离子体运行，再次创造了托卡马克装置高约束模运行新的世界纪录。

高约束运行模式因其效率高、经济性强，被认为是未来聚变实验堆和工程堆稳态运行的基本模式。然而，高约束模运行面临着诸多挑战，其中最大的挑战是高约束条件下边缘局域模引起的等离子体边缘区温度、密度台基的突然崩塌。这一过程会释放出强脉冲热流，导致偏滤器热负荷过载、靶板材料溅射损伤，大量杂质进入芯部等离子体还会引起大破裂。在实验装置上实现长脉冲稳态高约束模，难度极高，需要克服众多技术难题。

EAST装置的科研团队经过长期的努力和创新，攻克了一个又一个技术难关。他们通过优化装置的磁场位形、改进等离子体控制算法、研发新型的材料和部件等措施，成功实现了亿度千秒高约束模等离子体运行。这一突破不仅展示了我国在磁约束核聚变领域的领先技术水平，也为未来核聚变能源的开发和利用奠定了坚实的基础。

EAST装置的这一重大成果，具有深远的意义。从科学研究的角度来看，它进一步加深了我们对核聚变物理过程的理解，为后续的核聚变实验和理论研究提供了宝贵的数据和经验。从能源发展的角度来看，它向实现核聚变能源的实用化又迈出了重要的一步，让我们距离清洁能源的未来更近了一步。

展望未来，EAST装置将继续发挥其重要作用，开展更多深入的研究和实验。科研团队将不断优化装置性能，提高等离子体的参数和运行稳定性，为实现更高水平的核聚变实验目标而努力。同时，这一成果也将激励更多的国家和科研机构加入到核聚变能源的研究中来，共同推动这一领域的发展。

在不久的将来，核聚变能源有望成为我们日常生活中的主要能源来源。它将为我们提供清洁、可持续的能源，解决全球能源危机和环境污染问题，为人类的可持续发展做出巨大贡献。EAST全超导托卡马克装置，就像一盏明灯，照亮了我们通往未来清洁能源世界的道路，让我们对未来充满了期待。