新智元報道
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編輯：編輯部 JHs
【新智元導讀】等離子體持續時間新世界紀錄誕生——1337秒！繼我國在上月突破1000秒大關後，國際核聚變領域取得新成果。人類有望迎來全新核電時代。
創紀錄的1,337秒！
2月12日，法國WEST託卡馬克裝置，成功實現了創紀錄的等離子體持續時間——超過22分鐘。這比幾周前中國EAST裝置的1066秒提升了25%。
不過，WEST只實現了5000萬度的高溫，只有EAST實驗中1億度的一半，但也已超越了太陽中心的溫度。
延長執行時間，是實現核聚變的三大「黃金條件」之一。
而在兩年前，託卡馬克裝置的等離子體維持時間還不到7分鐘。
核聚變反應堆所使用的兩種燃料——氘和氚，當被加熱到超過5000萬攝氏度時，就會產生等離子體。
等離子體是物質的固態、液態和氣態後的「第四態」，只有在特殊反應堆的超高溫中心區域才能實現。
要實現核聚變，等離子體須被穩定維持在反應堆腔室內，避免其分散、冷卻，重新變回氣態。
WEST反應堆採用了磁約束技術，將等離子體牢牢約束在特定空間內，有效防止逃逸。
研究人員的終極目標是：在確保所有與等離子體接觸的部件，能夠承受輻射而不發生故障或造成汙染的同時，控制住這種本質上不穩定的等離子體
WEST位於法國南部的CEA Cadarache站點，是一個致力於探索可持續聚變能必要條件的尖端研究設施。
在這次實驗中，WEST內部的等離子體達到了5000萬攝氏度的高溫，同時，反應堆面向等離子體的元件保持穩定，證明鎢等特殊材料的元件能長時間暴露在極端高溫和輻射之下。
CEA基礎研究主任Anne-Isabelle Etienvre表示：「WEST透過注入2MW的加熱功率，將氫等離子體維持了20多分鐘，實現了一個新的關鍵技術里程碑。實驗將繼續進行，功率還會增加。」
在未來幾個月裡，WEST團隊將全力以赴，致力於實現更長時間的等離子體持續放電——累計時間可達數小時，同時還將進一步提高等離子體溫度，以逐步接近理想的聚變等離子體條件。
WEST是CEA的重要設施，凝聚了該委員會在託卡馬克等離子體研究領域數十年的經驗。
該設施接待來自世界各地的研究人員，他們充分利用其特有的超導線圈和主動冷卻部件等關鍵特性來實現長時間等離子體執行。
WEST是國際聚變研究大家庭中的重要成員，與其他CEA研究人員深度參與的重大實驗專案並駕齊驅，這些專案包括——
位於英國的歐洲聯合環形裝置JET（已於2023年底關閉，保持著聚變能量世界紀錄），日本的JT-60SA，中國的EAST，韓國的KSTAR，當然還有極具代表性的ITER（國際熱核聚變實驗堆）。
「東方超環」：1億攝氏度1000秒
就在幾天前的1月20日，有「人造太陽」之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），在安徽合肥創造新世界紀錄，首次完成上億攝氏度1066秒「高質量燃燒」。
這標誌著我國聚變能源研究實現從基礎科學向工程實踐的重大跨越，對人類加快實現聚變發電具有重要意義。
我國自主設計研製的具有完全智慧財產權的世界首個全超導非圓截面託卡馬克裝置EAST，中文名為「東方超環」
「東方超環」的簡寫EAST，由實驗「Experimental」、先進「Advanced」、超導「Superconducting」、託卡馬克「Tokamak」四個單詞首字母拼寫而成，即「先進實驗超導託卡馬克」，同時具有「東方」的含意。
EAST裝置形如「巨罐」，同時具有超高溫，超低溫，超高真空，超強磁場，超大電流等尖端技術，擁有專利近2000項。
自2006年建成執行以來，等離子體執行次數已超過15萬次。在長脈衝高約束模執行方面，EAST先後跨越多個重大里程碑：
2012年的30秒高約束模，2016年的60秒高約束模，2017年的101秒高約束模、2023年的403秒高約束模，直至此次突破1000秒，每一次跨越都凝聚著科研人員的心血和智慧。
在第22輪物理實驗中，EAST大科學團隊瞄準託卡馬克穩態高效能等離子體前沿物理研究，解決了等離子體芯部與邊界的物理整合、等離子體與壁相互作用、精密控制、即時診斷、主動冷卻等前沿物理和工程技術問題。
「億度千秒」世界紀錄的創造，充分驗證了聚變堆高約束模穩態執行的可行性，是聚變研究從基礎科學研究邁向工程實踐的重大拐點。
據悉，下一代「人造太陽」中國聚變工程實驗堆已完成工程設計。根據中國磁約束核聚變路線圖，將瞄準建設世界首個聚變示範電站。
未來，科研人員計劃將EAST裝置的長脈衝高約束模執行時間延長至數千秒甚至更久，同時依託大型超導磁體動態效能測試系統，提升超導磁體的載流能力和磁場變化率，為未來聚變堆的超導磁體設計積累資料。
核聚變技術的應用前景
核聚變是一項旨在控制天然不穩定等離子體的前沿技術。
與已經具有高能量密度的核裂變相比，核聚變所需的資源和燃料更少，且不會產生長期存在的放射性廢物。
在各種可能的能源產生技術中，磁約束聚變技術最為成熟。這種技術透過強磁場將等離子體約束在環形裝置中，並將其加熱至足以引發氫原子核聚變的溫度。
作為WEST和ITER兩大裝置的所在地，法國具備建造首個核聚變反應堆原型機的優越條件。
核聚變是一種利用核反應的能源形式，它與核裂變能源以及中子與物質相關技術在多個方面存在潛在的互補性，這些領域的科學原理已經得到深入理解。
然而，實現核聚變能的商業化應用面臨諸多挑戰，其中關鍵在於將等離子體維持足夠長的時間，以確保能源生產的持續性。
考慮到大規模開發這種能源所需的基礎設施規模，核聚變技術在助力實現2050年碳中和目標方面可能難以發揮重要作用。
要實現這一目標，不僅需要突破多個技術瓶頸，而且這種能源生產方式的經濟可行性也仍需要進一步論證。
參考資料：
https://www.cea.fr/english/Pages/News/nuclear-fusion-west-beats-the-world-record-for-plasma-duration.aspx
