1056秒！中國“人造太陽”EAST再創(chuàng)最長放電紀(jì)錄

2021年12月30日晚，托卡馬克裝置高溫等離子體運行的世界最長時間紀(jì)錄又被打破了！

中國“人造太陽”EAST成功實現(xiàn)1056秒長脈沖高參數(shù)等離子體運行，打破了自己保持的411秒最長放電紀(jì)錄（原紀(jì)錄是2012年6月27日創(chuàng)造的），運行時間首次突破了四位數(shù)！

圖片來源：中國科普博覽

新紀(jì)錄是怎么誕生的？又意味著什么？EAST科研團隊的成員為你講述。

Part.1

首先介紹一下屢破紀(jì)錄的選手——EAST

“人造太陽”是“核聚變反應(yīng)裝置”一種通俗的說法，之所以稱它為人造太陽，是因為它的反應(yīng)原理和太陽一樣。而研究人造太陽的目的，是為了解決人類面臨的能源危機。

概括地說，可控核聚變是在模仿太陽產(chǎn)生能量的原理，目標(biāo)是以極高的效率產(chǎn)生源源不斷的清潔能源。而根據(jù)目前的理論基礎(chǔ)，有幾種實現(xiàn)可控核聚變的方式，托卡馬克就是其中一種，而位于合肥的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置，簡稱EAST，是國際上最重要的核聚變研究實驗平臺之一。

不會吧不會吧，不會還有人不知道EAST是什么吧？

Part.2

1000+秒放電，激動人心的時刻

12月30日21時55分，EAST啟動第106915次放電實驗，這次放電的目標(biāo)是獲得大于1000秒的超長脈沖高溫等離子體，預(yù)設(shè)放電長度是1057秒，一旦成功將是全新的世界紀(jì)錄。隨著60秒倒計時的結(jié)束，等離子體成功建立，低雜波電流驅(qū)動和電子回旋也隨后穩(wěn)定投入。

EAST控制大廳放電實況

（圖片來源：作者提供）

之后，便是漫長的等待，將近18分鐘的時間大家目光都緊盯著主控屏，翹首期盼新紀(jì)錄的誕生，還有的同事拿起手機紀(jì)錄這一激動人心的時刻。22時14分，等離子體順利軟著陸，屏幕上的時長最終定格在了1056.66秒，1000+秒超長脈沖高溫等離子體最長放電紀(jì)錄由此誕生，四周響起熱烈的掌聲。

1056秒超長脈沖放電

（圖片來源：作者提供）

Part.3

1000+秒首次突破，挑戰(zhàn)三大科學(xué)難題

本次實驗是EAST首次突破千秒大關(guān)，想要成功獲得1000秒超長脈沖高溫等離子體，面臨的科學(xué)問題非常多，其中最為突出的就是：完全非感應(yīng)電流驅(qū)動、再循環(huán)與雜質(zhì)控制、熱與粒子排出等問題。

首先，超長脈沖等離子體運行依賴于射頻波電流驅(qū)動。而EAST恰恰以射頻波加熱方式為主，是目前國際上唯一具備與國際熱核聚變實驗堆（ITER）相同加熱方式，最有能力在粒子平衡時間尺度上實現(xiàn)長脈沖高性能運行的裝置。本次1056秒長脈沖等離子體獲得，EAST低雜波電流驅(qū)動和電子回旋驅(qū)動均實現(xiàn)了完全跟隨，提供重要保障。

EAST是目前世界上最先進的核聚變實驗裝置之一

（圖片來源：作者提供）

其次，雜質(zhì)控制問題也非常關(guān)鍵。隨著運行時間尺度的延長，等離子體與壁的相互作用會導(dǎo)致雜質(zhì)的大量爆發(fā)，本次實驗EAST團隊通過鋰注入實現(xiàn)對雜質(zhì)抑制，保證長脈沖實現(xiàn)。

另外，時間的延長也會導(dǎo)致大量的熱和粒子累積，需要將其有效排出，EAST先進的偏濾器設(shè)計成功解決這一問題。

升級后的EAST的內(nèi)真空室

（等離子體在這里運行）

Part.4

1000+秒背后，協(xié)同作戰(zhàn)

EAST作為一個大科學(xué)工程，是一項系統(tǒng)工程，1000秒超長脈沖高溫等離子體突破的背后，是多個系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)。

其中，值得一提的是磁測量信號漂移問題的解決。準(zhǔn)確的磁測量是等離子體平衡控制的基礎(chǔ)，任何一個小的測量誤差經(jīng)過1000秒的累積都可能被放大，直至影響到等離子體的控制。本輪實驗之初，EAST團隊等離子體控制組、電磁測量組、實驗運行組等就針對磁測量信號漂移問題開展相關(guān)測試和優(yōu)化工作。經(jīng)過多方探索和改進，工作組發(fā)展了擬合權(quán)重模型，實現(xiàn)對信號漂移的準(zhǔn)確扣除，保證了長時間尺度下等離子體控制精度。

EAST磁體測量系統(tǒng)優(yōu)化

Part.5

1000+秒，是目標(biāo)更是起點

EAST是我國自主設(shè)計建成的世界首個具有非圓截面的全超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置，具有三大科學(xué)目標(biāo)：1兆安等離子體電流、1億度高溫等離子體、1000秒運行時間。

EAST裝置

建成于2006年的EAST裝置，先后于2010年運行1兆安等離子體電流、2018年首次獲得1億度高溫等離子體、2021年5月成功實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行（中國“人造太陽”如何再創(chuàng)世界紀(jì)錄？

https://mp.weixin.qq.com/s/9bXJcquNPFcQ5lJTiMYFrw）、2021年末實現(xiàn)大于1000秒運行，三大科學(xué)目標(biāo)已經(jīng)分別獨立完成。

2010年11月28日，EAST運行1MA等離子體電流（34128）

2018年7月11日，EAST首次獲得電子溫度大于1億攝氏度等離子體（78841）

12月31日晨會上，EAST實驗運行總負責(zé)人龔先祖研究員總結(jié)說，“成績只屬于過去，1000秒是階段目標(biāo)，更是新的起點”。成功的喜悅尚未褪去，EAST團隊所有成員又投入到新的實驗中去，為下一個實驗?zāi)繕?biāo)而繼續(xù)努力。

到目前為止，EAST累計放電次數(shù)超過10萬次，一路走來，每一項紀(jì)錄就像一個深深的腳印，記錄著我國在開發(fā)利用聚變能征程上的每一步。這條路目的地只有一個，就是“讓聚變能的第一盞燈在中國點亮”，我們相信終點總會到達。

出品：科普中國

制作：王騰

單位：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

（本文中標(biāo)明來源的圖片已獲得授權(quán)）

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