中國聚變挺進(jìn)燃燒實(shí)驗(yàn)！近日，位于四川成都的新一代人造太陽“中國環(huán)流三號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數(shù)聚變?nèi)朔e大幅躍升，這是中國可控核聚變向工程化應(yīng)用邁出的重要一步。那么，燃燒實(shí)驗(yàn)后的下一步是什么？距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變還有多遠(yuǎn)？對(duì)此，“中國環(huán)流三號(hào)”總設(shè)計(jì)師鐘武律在社交平臺(tái)上撰文釋疑。

鐘武律表示，“雙億度”節(jié)點(diǎn)標(biāo)志著我國在聚變能研發(fā)的道路上成功跨越了一道關(guān)鍵門檻——我國聚變裝備具備了聚變?nèi)紵嚓P(guān)的高參數(shù)運(yùn)行能力。

核聚變之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，本質(zhì)上就是要讓原本獨(dú)立的原子核克服重重阻礙合為一體；而想要利用可控核聚變提供源源不斷的能源，就需要讓它們不斷地發(fā)生碰撞，這一過程需要滿足極為苛刻的條件。衡量核聚變裝置及核聚變研究的水平，主要看三個(gè)參數(shù)：原子核溫度（也就是燃料的離子溫度）、等離子體密度和能量約束時(shí)間，這三項(xiàng)參數(shù)的乘積達(dá)到一定數(shù)值就可以實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，也即著名的“聚變?nèi)朔e”。

鐘武律解釋稱，“聚變?nèi)朔e”里有兩個(gè)參數(shù)的提高與等離子體電流直接相關(guān)，一個(gè)是等離子體的密度，一個(gè)是能量約束時(shí)間?！拔覀儚拇罅康膶?shí)驗(yàn)中得到一個(gè)規(guī)律，就是它會(huì)正比于等離子體電流，所以上一次我們實(shí)現(xiàn)百萬安培等離子體電流放電，就意味著密度和能量約束時(shí)間都可以提高很多。第三個(gè)參數(shù)就是原子核的溫度，也和電流有關(guān)系，但核心還依賴于我們的加熱系統(tǒng)。而這一輪實(shí)驗(yàn)我們加熱系統(tǒng)的能力、整個(gè)裝置的運(yùn)行控制水平有了大幅提升，可以有效地把原子核溫度進(jìn)一步提升，就意味著‘聚變?nèi)朔e’可以提升很多?！?/p>

他強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)核聚變是一場漫長的科技馬拉松，需要持續(xù)攻關(guān)。尤其是原子核和電子溫度都要突破1億度以上，其中的挑戰(zhàn)很大。中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主研發(fā)了高功率的中心束加熱系統(tǒng)，以及高功率的微波回旋管?！斑^去這些都是依賴于國外，目前我們完全可以自主設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。等離子體的溫度高了以后，會(huì)‘不老實(shí)’，存在不穩(wěn)定性，我們突破了運(yùn)行控制難點(diǎn)，有效控制住了等離子體?！睘榱藴?zhǔn)確測量溫度，該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的三光柵精密光譜儀，測量原子核溫度的精確度優(yōu)于國際同行兩倍。

中國環(huán)流三號(hào)

到底什么是燃燒實(shí)驗(yàn)？燃燒實(shí)驗(yàn)將在什么時(shí)間進(jìn)行？

鐘武律進(jìn)一步解釋道，要實(shí)現(xiàn)核聚變，原子核的溫度要超過1億度。達(dá)到這個(gè)溫度后加入燃料，如果加入燃料，就可以發(fā)生大規(guī)模聚變反應(yīng)，這次實(shí)驗(yàn)的成果就意味著具備開展燃燒實(shí)驗(yàn)的基本條件了，這個(gè)門檻已經(jīng)邁過去了。美國、歐盟的兩個(gè)托卡馬克裝置曾經(jīng)實(shí)現(xiàn)燃燒實(shí)驗(yàn)，但均已退役，目前在運(yùn)行的裝置里面，還沒有開展燃燒實(shí)驗(yàn)的?！叭紵龑?shí)驗(yàn)這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們希望能夠通過兩三年的時(shí)間，全面升級(jí)整個(gè)裝置，然后再實(shí)現(xiàn)堆芯級(jí)參數(shù)的運(yùn)行。”

他表示，可控核聚變要實(shí)現(xiàn)商用，要走過大約6個(gè)階段，從全球的聚變能研發(fā)進(jìn)程來看，基本實(shí)現(xiàn)了征途過半。

第一階段是原理的探索，把原理走通；第二階段就是要開展規(guī)模實(shí)驗(yàn)，要得到大量的數(shù)據(jù)，獲得一些規(guī)律；第三階段就是要開展燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)、獲得聚變功率；第四階段，就要建造實(shí)驗(yàn)堆；第五階段，示范堆；最后就是商用堆。

目前，從全球來看正處于燃燒實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)堆過渡的階段。對(duì)于中國來說，首先得開展燃燒實(shí)驗(yàn)、獲得聚變功率，下一步要建造聚變堆，開展相關(guān)工程技術(shù)的驗(yàn)證，來支撐在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)聚變的商用。

“我們目前實(shí)驗(yàn)裝置也才發(fā)揮40%左右的能力，下一步，我們對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行全面升級(jí)以后，將會(huì)達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，聚變實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化運(yùn)行方案，探索如何更加有效地提高‘聚變?nèi)朔e’，同時(shí)可以研究比如說阿爾法粒子的一些行為等前沿物理問題。然后，我們就要把聚變功率放大，讓聚變功率的輸出大于輸入的功率，這是未來我們商用要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)。”鐘武律展望稱。