1月20日,合肥全超導托卡馬克裝置(東方超環)成功實現1億攝氏度等離子體1066秒高約束模運行,這一成果打破了此前由該裝置保持的世界紀錄,同時相關研發團隊突破困擾全球聚變界40年的密度極限難題,為我國聚變發電工程化奠定了堅實的基礎。聚變發電被認為是解決全球能源危機和環境問題的終極方案,其原理是模擬太陽內部的核聚變反應,將氫的同位素氘和氚在極高溫度和壓力下融合成氦,同時釋放出巨大的能量,具有清潔無污染、燃料儲量豐富、能量密度極高的優勢,被稱為“人造太陽”。
此次EAST裝置實現的1億攝氏度等離子體1066秒高約束模運行,意味著我國在聚變發電核心技術領域實現了重大突破。高約束模運行是聚變發電的關鍵技術之一,能夠有效提高等離子體的能量約束時間和能量密度,為核聚變反應的持續進行提供保障。此前,全球各國的托卡馬克裝置在高約束模運行方面,要么無法達到極高溫度,要么無法維持較長時間,而EAST裝置此次不僅實現了1億攝氏度的高溫,還將高約束模運行時間延長至1066秒,遠超此前的世界紀錄,標志著我國在聚變等離子體物理研究領域達到了全球領先水平。
與此同時,研發團隊還突破了困擾全球聚變界40年的密度極限難題。密度極限是聚變發電過程中的重要瓶頸,等離子體密度過高會導致等離子體破裂,無法維持穩定的核聚變反應,而密度過低則會影響能量釋放效率,無法實現有效的能量輸出。此前,全球聚變界普遍認為,托卡馬克裝置中的等離子體密度存在一個不可突破的極限,而我國研發團隊通過自主創新,優化裝置結構、改進加熱方式、調控等離子體參數,成功突破了這一極限,使等離子體密度提升至此前的1.5倍,進一步提升了核聚變反應的效率和穩定性。
EAST裝置此次取得的兩項重大突破,離不開多年來的技術積累和自主創新。該裝置是我國自主設計、自主建造的全超導托卡馬克裝置,采用了自主研發的全超導磁體技術、高功率加熱技術、等離子體調控技術等一系列核心技術,打破了國外在聚變發電核心技術領域的壟斷。據研發人員介紹,為了實現此次突破,研發團隊經過了近十年的反復試驗和優化,攻克了一系列技術難題,包括高溫等離子體的穩定約束、高功率加熱系統的穩定運行、等離子體參數的精準調控等,每一項技術突破都凝聚著研發人員的心血和努力。
此次突破對我國聚變發電工程化具有重要的推動作用。聚變發電的工程化是實現聚變能源商業化應用的關鍵,而EAST裝置作為我國聚變發電工程化的重要試驗平臺,其取得的技術突破將為后續的聚變工程實驗堆建設、聚變商業示范堆研發提供重要的技術支撐和經驗積累。據了解,我國目前正在推進聚變工程實驗堆的建設,預計2030年前后開工建設,該堆將基于EAST裝置的技術成果,實現核聚變能量的穩定輸出,為聚變能源的商業化應用奠定基礎。
從全球能源發展的角度來看,EAST裝置此次取得的突破,也為全球聚變能源的發展注入了新的動力。當前,全球能源危機日益突出,化石能源的過度使用導致環境污染和氣候變化問題日益嚴峻,而聚變能源作為一種清潔、高效、可持續的新能源,被認為是未來全球能源發展的重要方向。我國在聚變發電核心技術領域的突破,將推動全球聚變能源研究的進程,為全球能源轉型和環境治理提供新的解決方案。未來,我國研發團隊將繼續加大技術研發投入,進一步優化EAST裝置的性能,攻克聚變發電工程化過程中的更多技術難題,推動我國聚變能源早日實現商業化應用,為全球能源安全和環境可持續發展貢獻力量。