1056秒！中國(guó)“人造太陽(yáng)”EAST再創(chuàng)最長(zhǎng)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(yùn)行的世界最長(zhǎng)時(shí)間紀(jì)錄又被打破了！

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

圖片來源：中國(guó)科普博覽

新紀(jì)錄是怎么誕生的？又意味著什么？EAST科研團(tuán)隊(duì)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(yáng)”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(yáng)，是因?yàn)樗姆磻?yīng)原理和太陽(yáng)一樣。而研究人造太陽(yáng)的目的，是為了解決人類面臨的能源危機(jī)。

概括地說，可控核聚變是在模仿太陽(yáng)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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置，簡(jiǎn)稱EAST，是國(guó)際上最重要的核聚變研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一。

不會(huì)吧不會(huì)吧，不會(huì)還有人不知道EAST是什么吧？

Part.2

1000+秒放電，激動(dòng)人心的時(shí)刻

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

EAST控制大廳放電實(shí)況

（圖片來源：作者提供）

之后，便是漫長(zhǎng)的等待，將近18分鐘的時(shí)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(jī)紀(jì)錄這一激動(dòng)人心的時(shí)刻。22時(shí)14分，等離子體順利軟著陸，屏幕上的時(shí)長(zhǎng)最終定格在了1056.66秒，1000+秒超長(zhǎng)脈沖高溫等離子體最長(zhǎng)放電紀(jì)錄由此誕生，四周響起熱烈的掌聲。

1056秒超長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)是EAST首次突破千秒大關(guān)，想要成功獲得1000秒超長(zhǎng)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(dòng)、再循環(huán)與雜質(zhì)控制、熱與粒子排出等問題。

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

EAST是目前世界上最先進(jìn)的核聚變實(shí)驗(yàn)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(yùn)行時(shí)間尺度的延長(zhǎng)，等離子體與壁的相互作用會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的大量爆發(fā)，本次實(shí)驗(yàn)EAST團(tuán)隊(duì)通過鋰注入實(shí)現(xiàn)對(duì)雜質(zhì)抑制，保證長(zhǎng)脈沖實(shí)現(xiàn)。

另外，時(shí)間的延長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致大量的熱和粒子累積，需要將其有效排出，EAST先進(jìn)的偏濾器設(shè)計(jì)成功解決這一問題。

升級(jí)后的EAST的內(nèi)真空室

（等離子體在這里運(yùn)行）

Part.4

1000+秒背后，協(xié)同作戰(zhàn)

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

其中，值得一提的是磁測(cè)量信號(hào)漂移問題的解決。準(zhǔn)確的磁測(cè)量是等離子體平衡控制的基礎(chǔ)，任何一個(gè)小的測(cè)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(shí)驗(yàn)之初，EAST團(tuán)隊(duì)等離子體控制組、電磁測(cè)量組、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行組等就針對(duì)磁測(cè)量信號(hào)漂移問題開展相關(guān)測(cè)試和優(yōu)化工作。經(jīng)過多方探索和改進(jìn)，工作組發(fā)展了擬合權(quán)重模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)漂移的準(zhǔn)確扣除，保證了長(zhǎng)時(shí)間尺度下等離子體控制精度。

EAST磁體測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化

Part.5

1000+秒，是目標(biāo)更是起點(diǎn)

EAST是我國(guó)自主設(shè)計(jì)建成的世界首個(gè)具有非圓截面的全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)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(yùn)行時(shí)間。

EAST裝置

建成于2006年的EAST裝置，先后于2010年運(yùn)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(shí)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(yùn)行（中國(guó)“人造太陽(yáng)”如何再創(chuàng)世界紀(jì)錄？

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

2010年11月28日，EAST運(yùn)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(huì)上，EAST實(shí)驗(yàn)運(yùn)行總負(fù)責(zé)人龔先祖研究員總結(jié)說，“成績(jī)只屬于過去，1000秒是階段目標(biāo)，更是新的起點(diǎn)”。成功的喜悅尚未褪去，EAST團(tuán)隊(duì)所有成員又投入到新的實(shí)驗(yàn)中去，為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)而繼續(xù)努力。

到目前為止，EAST累計(jì)放電次數(shù)超過10萬次，一路走來，每一項(xiàng)紀(jì)錄就像一個(gè)深深的腳印，記錄著我國(guó)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(gè)，就是“讓聚變能的第一盞燈在中國(guó)點(diǎn)亮”，我們相信終點(diǎn)總會(huì)到達(dá)。

出品：科普中國(guó)

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(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)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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