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中国“人造太阳”突破被认为不可逾越的核聚变极限 中国的“人造太阳”核聚变装置首次突破了科学界长期认为无法超越的等离子体密度阈值。 这一成果使核聚变点火目标前所未有地接近现实。 科研人员在中国全超导托卡马克装置，实验先进超导托卡马克上，成功实现了长期被理论预测却从未被实验证实的“无密度极限状态”。在这种状态下，即便等离子体密度远远超过传统经验上限，等离子体依然能够保持稳定运行。 相关研究成果已于1月1日发表在《Science Advances》期刊上，为破解核聚变能源发展道路上最顽固的物理障碍之一提供了全新线索。 这项研究由华中科技大学朱平教授与中国科学院合肥物质科学研究院严宁副研究员共同牵头。 研究团队为EAST开发了一种全新的高密度运行方案，证明在不引发通常会终止实验的破坏性不稳定现象的情况下，等离子体密度可以被推高到远超既有经验极限。 这一发现挑战了核聚变领域几十年来对托卡马克高密度行为的传统认知。 密度极限为何长期制约核聚变发展 核聚变被广泛视为清洁、可持续能源的重要潜在来源。在最常见的氘—氚聚变反应中，燃料必须被加热至约13千电子伏（约1.5亿摄氏度），才能达到最佳反应条件。在这一温度下，聚变功率会随着等离子体密度的平方而增长。 正因如此，提高密度对提升聚变性能至关重要。 然而，多年来，托卡马克装置始终受制于一个上限密度。一旦超过这一阈值，等离子体往往会迅速变得不稳定，导致约束破坏，甚至威胁装置安全运行。 这类不稳定性一直是制约核聚变性能提升的核心难题。 近年来，一种名为“等离子体—壁面自组织”（PWSO）的新理论框架，为密度极限的形成提供了不同解释。该理论最早由法国国家科研中心与艾克斯—马赛大学的学者提出，认为当等离子体与反应堆金属壁之间的相互作用达到一种精细平衡时，就可能出现“无密度极限状态”。在这种情况下，物理溅射在塑造等离子体行为中起主导作用。 EAST的实验首次在实践中验证了这一理论设想。研究人员在每一次放电启动阶段，精确控制初始燃料气体压力，并同步施加电子回旋共振加热，使等离子体与壁面的相互作用从一开始就处于优化状态。 这种策略显著降低了杂质积累和能量损失，使等离子体密度在启动结束前持续提升。最终，EAST成功进入PWSO理论预测的无密度极限状态，即使在远超传统经验极限的密度下，依然保持稳定运行。 对核聚变点火的意义 这一实验结果为突破托卡马克长期存在的密度障碍、迈向核聚变点火目标提供了全新的物理认识。 朱平表示，这一发现表明，托卡马克以及下一代燃烧等离子体核聚变装置，在扩展密度极限方面存在一条现实可行、且具备可扩展性的技术路径。 严宁补充说，研究团队计划在不久的将来，将同样的方法应用于EAST的高约束运行模式，力争在高性能等离子体条件下实现无密度极限状态，为聚变能的工程化应用奠定更坚实的基础。    来源： https://www.sciencedaily.com/releases/2026/01/260101160855.htm Date: January 4, 2026 |
