一项困扰全球核聚变领域近半世纪的“魔咒”,被中国科学家成功打破。中科院合肥研究院团队依托EAST全超导托卡马克装置,首次将等离子体密度稳定提升至格林沃尔德极限的1.3至1.65倍,证实了“密度自由区”的存在,这一成果登上《科学进展》期刊,让国际学界重新审视核聚变商业化的可能性。
核聚变被视为人类的“终极清洁能源”,其原理是模拟太阳内部氘氚聚变反应,释放海量能量且无碳排放与核废料。但实现可控核聚变需突破三大核心难题:上亿度高温、足够约束时间与临界等离子体密度。1988年提出的格林沃尔德极限,如同无形天花板,各国装置密度一旦触及阈值,就会引发等离子体破裂,导致实验中断,成为阻碍能量净增益的关键瓶颈。
EAST的突破并非偶然,而是理论与技术的双重胜利。团队基于2021年的理论预测,创新采用“高功率微波加热+预充气协同”技术组合拳:电子回旋共振加热精准提升燃料温度,减少内壁金属杂质混入;预充气技术既补充燃料,又冷却壁面降低杂质产生。相较美国DIII-D装置2024年仅维持2.2秒的1.2倍极限密度,EAST实现了高密度等离子体的长时间稳定运行,彰显技术优越性。
这一突破为核聚变商业化按下“加速键”。更高密度意味着未来反应堆体积可大幅缩小、成本降低,能量输出效率显著提升,为下一代燃烧等离子体设施提供了可复制的技术路径。在全球聚变竞速中,中国已稳居第一梯队:合肥BEST装置正加紧建设,计划2030年实现全球首次聚变能发电演示,比国际ITER项目时间表提前近十年;成都中国环流三号也已达成双高温突破,形成多点并进格局。
商业化之路仍需跨越多重关卡。氚燃料的自持循环、耐受极端热流与辐射的第一壁材料、高效能量导出系统,都是亟待攻克的难题。好在我国已构建完整产业生态,合肥未来大科学城聚集20余家聚变相关企业,从核心装置到配套材料形成闭环,液态金属壁、新型包层结构等技术持续取得进展。
从1亿摄氏度1066秒稳态运行到打破密度魔咒,EAST不断刷新人类对可控核聚变的认知边界。这不仅是中国科技工作者近二十年接续攻关的成果,更照亮了人类摆脱化石能源依赖的前路。当“人造太阳”的密度枷锁被打破,终极清洁能源的曙光,正从合肥科学岛向全球蔓延。