1月20日,合肥全超导托卡马克装置(东方超环)成功实现1亿摄氏度等离子体1066秒高约束模运行,这一成果打破了此前由该装置保持的世界纪录,同时相关研发团队突破困扰全球聚变界40年的密度极限难题,为我国聚变发电工程化奠定了坚实的基础。聚变发电被认为是解决全球能源危机和环境问题的终极方案,其原理是模拟太阳内部的核聚变反应,将氢的同位素氘和氚在极高温度和压力下融合成氦,同时释放出巨大的能量,具有清洁无污染、燃料储量丰富、能量密度极高的优势,被称为“人造太阳”。
此次EAST装置实现的1亿摄氏度等离子体1066秒高约束模运行,意味着我国在聚变发电核心技术领域实现了重大突破。高约束模运行是聚变发电的关键技术之一,能够有效提高等离子体的能量约束时间和能量密度,为核聚变反应的持续进行提供保障。此前,全球各国的托卡马克装置在高约束模运行方面,要么无法达到极高温度,要么无法维持较长时间,而EAST装置此次不仅实现了1亿摄氏度的高温,还将高约束模运行时间延长至1066秒,远超此前的世界纪录,标志着我国在聚变等离子体物理研究领域达到了全球领先水平。
与此同时,研发团队还突破了困扰全球聚变界40年的密度极限难题。密度极限是聚变发电过程中的重要瓶颈,等离子体密度过高会导致等离子体破裂,无法维持稳定的核聚变反应,而密度过低则会影响能量释放效率,无法实现有效的能量输出。此前,全球聚变界普遍认为,托卡马克装置中的等离子体密度存在一个不可突破的极限,而我国研发团队通过自主创新,优化装置结构、改进加热方式、调控等离子体参数,成功突破了这一极限,使等离子体密度提升至此前的1.5倍,进一步提升了核聚变反应的效率和稳定性。
EAST装置此次取得的两项重大突破,离不开多年来的技术积累和自主创新。该装置是我国自主设计、自主建造的全超导托卡马克装置,采用了自主研发的全超导磁体技术、高功率加热技术、等离子体调控技术等一系列核心技术,打破了国外在聚变发电核心技术领域的垄断。据研发人员介绍,为了实现此次突破,研发团队经过了近十年的反复试验和优化,攻克了一系列技术难题,包括高温等离子体的稳定约束、高功率加热系统的稳定运行、等离子体参数的精准调控等,每一项技术突破都凝聚着研发人员的心血和努力。
此次突破对我国聚变发电工程化具有重要的推动作用。聚变发电的工程化是实现聚变能源商业化应用的关键,而EAST装置作为我国聚变发电工程化的重要试验平台,其取得的技术突破将为后续的聚变工程实验堆建设、聚变商业示范堆研发提供重要的技术支撑和经验积累。据了解,我国目前正在推进聚变工程实验堆的建设,预计2030年前后开工建设,该堆将基于EAST装置的技术成果,实现核聚变能量的稳定输出,为聚变能源的商业化应用奠定基础。
从全球能源发展的角度来看,EAST装置此次取得的突破,也为全球聚变能源的发展注入了新的动力。当前,全球能源危机日益突出,化石能源的过度使用导致环境污染和气候变化问题日益严峻,而聚变能源作为一种清洁、高效、可持续的新能源,被认为是未来全球能源发展的重要方向。我国在聚变发电核心技术领域的突破,将推动全球聚变能源研究的进程,为全球能源转型和环境治理提供新的解决方案。未来,我国研发团队将继续加大技术研发投入,进一步优化EAST装置的性能,攻克聚变发电工程化过程中的更多技术难题,推动我国聚变能源早日实现商业化应用,为全球能源安全和环境可持续发展贡献力量。