403 秒，我国人造太阳创造新的世界纪录，这一突破有何意义？

（观察者网）第122254次实验！4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，对探索未来的聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电具有重要意义。


“一团耀眼的白光从山脉尽头升起……”在科幻小说《三体》中，太空飞船核聚变发动机发出的光芒如同太阳。利用核聚变等技术，人类走出地球家园，成为真正的太空文明。
万物生长靠太阳。太阳之所以能发光发热，是因为内部的核聚变反应。核聚变能源的原材料在地球上极其丰富，且排放无污染，如果能造一个“太阳”来发电，人类有望实现能源自由。



但要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1兆安的等离子体电流，挑战极大。为此，全球科学家们已努力70多年。
形如“巨炉”，一腔“热火”胸中涌。EAST作为国家重大科技基础设施，拥有类似太阳的核聚变反应机制。
4月12日晚，经过十几年聚力攻关，EAST成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，刷新2017年的101秒世界纪录，实验现场一片欢腾。
“Shot:122254。”EAST控制大厅屏幕上的数字显示，这是历经十二万多次实验取得的成功。
“这次突破的主要意义在于‘高约束模式’。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说，高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，“这为提升未来聚变电站的发电效率，降低成本奠定了坚实物理基础。”
据悉，EAST装置上有核心技术200多项、专利2000余项，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一炉，共有上百万个零部件协同工作。这次成功突破，离不开等离子体控制、加热、壁处理、先进诊断等技术提升和内真空室改善。
目前，下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计，未来瞄准建设世界首个聚变示范堆。
403秒，我国人造太阳创造新的世界纪录

这一突破的主要意义在于“高约束模式”，为未来聚变电站的发电效率提升和降低成本奠定了坚实的物理基础。高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，这一突破使得未来聚变堆可以更高效地转化核聚变能源，从而实现更经济、可行的聚变发电，并有望使人类更接近能源自由的目标。
不知道有生之年，是否能得见“永远的五十年”结束，见证人类无限能源的到来。

EAST可持续时间越来越长了，之前的101秒也是由它创造的，EAST 装置的一次次成功能为国际热核聚变实验堆 ITER 计划的实施提供试验基础。




这是EAST5000万度、102秒等离子体放电实验数据图

ITER是由欧盟、美、日、俄、中、韩、印七方共同承担的国际计划，是全球规模最大、影响最深远的国际科技合作项目之一。超过35个国家计划在法国南部参与建造了一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克装置，它将验证如何将足够多的燃料在极端高温条件下约束足够长的时间，使它受控制地发生核聚变反应，可以说是举全球之力在发展可控化核聚变。
然而坐落于合肥科学岛上的全超导托卡马克“东方超环”，是世界首台全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。


所谓的托卡马克其实是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，它的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。通电的时候，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。
EAST托卡马克的主机部分高11米，直径8米，重400吨，由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成，它的16个大型“D”形超导纵场磁体将产生纵场强度 BT = 3.5 T ；12个大型极向场超导磁体可以提供磁通变化 ΔФ ≥ 10 伏秒；通过这些极向场超导磁体，将能产生 ≥ 100万安培的等离子体电流；持续时间将达到1000秒，在高功率加热下温度将超过一亿度， 可以说是一个“人造太阳”了。
EAST内部部件是指所有装在EAST真空室内部的硬件结构，包括面对等离子体部件（偏滤器和第一壁部件）、功能线圈、被动稳定导体、限制器、冷却系统、内置式低温泵、壁处理部件、相关的诊断元器件等。


其主要作用为在未来EAST长脉冲放电时作为真空室结构的屏蔽第一壁，抵抗核聚变反应产生的热流和粒子流。EAST装置为了实现高参数、长脉冲等离子放电，需要不断对等离子体进行加热。用于加热等离子体的能量，在使等离子体温度升高的同时，不断以电磁辐射和高能粒子入射等方式，将能量沉积在等离子体周围的固体壁上。面对等离子体的部件在承受高能流密度的轰击的同时，须有相应的冷却系统排除来自等离子体的能量。每一面对等离子体的部件均有石墨瓦，热沉，支撑和冷却系统组成。


这次持续时间再次刷新是一大进步，但是要让它用上，缓解我们的能源危机还远远不够，我国的核聚变路还有很长要走，中国聚变工程实验堆计划分三步走完成“中国聚变梦”：第一阶段到2021年，开始立项建设；第二阶段到2035年，计划建成聚变工程实验堆，开始大规模科学实验；第三阶段到2050年，聚变工程实验堆实验成功，建设聚变商业示范堆，完成人类终极能源。

<hr/>推动聚变能开发应用，并最终实现聚变发电低成本、规模化总体目标，具有重要的战略意义。

我们开发聚变能一是助力人类降低对化石燃料的依赖；二是助力我国抢占国际核聚变发展制高点；三是助力我国建设清洁低碳、安全高效的能源体系，助力“双碳”目标实现；四是培育聚变产业集群，助力我国开辟发展新领域新赛道、塑造发展新动能新优势。
近几年来我们越来越重视聚变能，关于此的专利申请也是一年比一年多，单EAST的核心技术就有200多项，专利近2000项。

但是我们也不能忽略其中的短板，核能包括核聚变和核裂变，我们现在谈的核聚变，如今主要研究包括磁约束核聚变和激光核聚变，然而现在激光核聚变离商业发电还有很长的路要走，现在的聚变能持续的时间短、发电效率低，利用率不高，这是我们亟待解决的问题。
参考资料：
拿下能源“圣杯”,我们的路还很长 | 硬科技有点意思
http://news.ustc.edu.cn/info/1056/53027.htm
https://wh.cnki.net/article/detail/ZRZZ201802001
https://m.163.com/dy/article/I27D5PV305562RSN.html?spss=adap_pc
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1676677189541201271&wfr=spider&for=pc&searchword=ITER
中国人造太阳创造新纪录，这具有哪些重大意义？
如何看待政协委员建议「加快抢占聚变能研发制高点，让科幻变为现实」？

世界纪录来之不易，可喜可贺。证明了我国科研实力和新科技举国体制在大项目攻关上的优势。不要小看极端环境下的几秒，难度系数很大的，跟一般的0到1难，边际递减不一样。
当然和火电连续运行几千小时还是有很大差距。可控热核聚变商用可能还要几十年。换一种思路，磁约束聚变可能也是要频繁点火（虽不像脉冲激光点火的惯性约束频繁），几分钟快速启停也是种思路。

知乎肉眼可见的退步，这个新闻出了差不多一天了，不要说热榜，连回答都没几个……
高赞回答里说是1月发表在《科学发展》的一种新的高能量约束模式的验证，不知道有没有懂的科普一下？
有热榜了，传送门:
https://www.zhihu.com/question/595299535

一句话评价——NewBee轰轰
早在1月份的时候，中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所，发现并证明了一种新的的高能量约束模式，相关研究成果发表在了《科学进展》
这次创纪录的403秒稳态运行，证明了这个方法是可行的，潜力巨大，是人类向可控核聚变迈出的极其坚实的一步。



其实，在这个可控核聚变的研究中，中美两国的竞赛也有点白热化了。
比如，美国上一个突破是，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）实现了“能量正循环”。
在LLNL的一次实验中，输入能量是2.05MJ，核聚变反应后的输出能量是3.15MJ，这个增益高达150%。

可控核聚变的商业化，这两个条件是必须的：
1，长时间稳定运行；
2，足够高的正增益，以降低发电成本；
上面的两个最新研究进展，正好是对应上面两个条件。

从现阶段的技术进展来说，不能太盲目乐观，距离可控核聚变的商业化成功，还有很长的路要走。
就算按照最乐观的估计，也要到2050年才有点希望。
马斯克曾经在上次美国取得“正循环”的突破后发推说，即便是按照最好的情况来考虑，其成本也高于风能和太阳能。



就目前商业化可控核聚变的标准来说，以ITER项目为例：

• 稳定运行要达到10分钟以上；
  
• 工程增益大于等于10；
  

这是商业化可控核聚变的门槛要求；

从我们这一次的成绩来看，稳定运行时间403秒，接近7分钟，距离稳定运行10分钟已经非常接近。
反观美国2022年的能量增益，只有150%，而且工程增益只有不到1%，距离工程增益达到10以上，还有1000倍的路要走，这是3个数量级。
（工程增益 = 聚变反应输出能量 / 维持反应所需的能量）

无论如何，可控核聚变是一个可以提升地球文明等级指数的研究领域，期待我国在这个领域能够为人类文明做出更大贡献。