電子溫度1億度，中國人造太陽內(nèi)力驚人

“等離子體中心電子溫度達到1億攝氏度。”短短一句話讓網(wǎng)友興奮了。11月12日，中科院等離子體物理研究所發(fā)布消息，EAST核聚變裝置在2018年實驗中又有突破。

核聚變就像氫彈爆炸或太陽內(nèi)部反應，溫度超高，一般容器沒法盛放。被寄予最大希望的核聚變實驗方案叫“托卡馬克”——用超強的磁場約束高溫的核燃料。EAST又稱東方超環(huán)，是中國研制的世界第一個非圓截面全超導托卡馬克。它的外形像一個甜甜圈，它使用超導體，以最小的能耗獲取最強的磁場。

EAST近年來一直走在國際競爭最前列，在高性能、穩(wěn)態(tài)、長脈沖等離子體研究方面成績傲人。比如去年EAST創(chuàng)造了“101.2秒高約束模等離子體運行”的穩(wěn)定時間世界紀錄，就引起輿論熱議。

“描述等離子體的參數(shù)很多，比如穩(wěn)態(tài)運行時間、密度、電子溫度、離子溫度等等，都很重要，我們希望所有的參數(shù)同時提高。”中科院等離子體物理研究所所長萬寶年告訴科技日報記者，“這次大家關(guān)注的‘1億度’是電子溫度。媒體喜歡簡化成‘等離子體溫度1億度’，實際上除了電子溫度還要看離子溫度。”

氘和氚發(fā)生聚變需極高溫度（氫彈用原子彈起爆來點燃）。高溫下，物質(zhì)離散成較輕的電子和較重的原子核-離子（這也是它能被磁場約束的原因）。萬寶年說，電子和離子的溫度有差異，要用不同技術(shù)分別加熱，用不同技術(shù)分別測量。

此次等離子體中心電子溫度達到1億攝氏度，主要歸功于電子回旋與低雜波協(xié)同加熱兩項技術(shù)。

“EAST就好比一個爐子，要讓它的內(nèi)部足夠熱。一要提高加熱效率，二要讓熱量更慢跑出去。”萬寶年說，“爐子越大，越容易提升核心溫度。EAST比較小，實現(xiàn)電子溫度1億度比較難；將來ITER（國際熱核聚變反應堆）用同樣的辦法實現(xiàn)2億度，就容易多了。”

萬寶年說：“實驗在8月份就已經(jīng)完成，但當時沒有立即發(fā)布，因為確保數(shù)據(jù)準確需要重新校核所有的測量設(shè)備和大量計算。一個手段測量出來的數(shù)據(jù)，需要用其他手段的測量來驗證，并且多種手段的測量結(jié)果經(jīng)過物理計算要自洽。”

“得到實驗結(jié)果時，我并沒有太激動，因為這是預料之中的。”萬寶年說，“這次的實驗是我們長期計劃中一個點上的階段性成果。我們更加關(guān)注的等離子體綜合指標的提升，這個科學價值更高，對未來聚變堆的借鑒意義也更大，但因為太專業(yè)，大家對此不是太關(guān)注。”

值得注意的是，今年實驗中，EAST蘊含的能量創(chuàng)了紀錄，它通過優(yōu)化穩(wěn)態(tài)射頻波等多種加熱、電流驅(qū)動技術(shù)在高參數(shù)條件下的耦合，以及先進等離子體控制技術(shù)，實現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦。

相關(guān)研究成果是10月下旬在印度舉辦的第27屆國際聚變能大會上公布的，國際同行給予高度評價。11月12日消息在國內(nèi)發(fā)布后被廣為轉(zhuǎn)發(fā)。

EAST此次實驗的“射頻波加熱、低動量注入、鎢偏濾器”等技術(shù)的組合，將為ITER和正在設(shè)計中的中國聚變工程實驗堆CFETR提供重要的實驗依據(jù)與科學支持。（高博）