界面资讯记者 ｜ 戴晶(jing)晶(jing)
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中(zhong)国“人(ren)造太阳”又有新突破。
3月28日下午，中(zhong)核集团发布官(guan)方(fang)消息(xi)称，新一代人(ren)造太阳“中(zhong)国环流三号”(HL-3)实验取得突破，国内首(shou)次实现原子核温度(du)1.17亿度(du)、电子温度(du)1.6亿度(du)。
“大家的实验实现了‘双(shuang)亿度(du)’，综合参数也(ye)大幅跃升(sheng)，标志着(zhe)我国的核聚变(bian)研究(jiu)挺进燃(ran)烧实验。”据央视资讯报道，中(zhong)核集团“中(zhong)国环流三号”总设计师钟武律称。
上述消息(xi)宣(xuan)布后，A股可(ke)控核聚变(bian)板块(kuai)拉升(sheng)。截至当日收盘，合锻智能(603011.SH)、雪人(ren)股份(002639.SZ)涨停，弘讯科技(603015.SH)涨5.61%、国光电气(688776.SH)涨3.65%，中(zhong)国核建(601611.SH)涨2.38%。
新一代人(ren)造太阳“中(zhong)国环流三号”(HL-3)，图(tu)片来源：中(zhong)核集团
“所(suo)谓进入燃(ran)烧实验，就是(shi)达(da)到了1亿度(du)的门槛。但目(mu)前不清楚HL-3是(shi)同时将电子和(he)离子加热至亿度(du)，还是(shi)单独(du)实现。”一位国内聚变(bian)行业人(ren)士对界面资讯表示，如果(guo)是(shi)同一时刻达(da)到亿度(du)，将是(shi)非常大的实验突破。
该人(ren)士对界面资讯表示，电子和(he)离子温度(du)存(cun)在差异(yi)，加热的方(fang)式也(ye)不同，国内尚没有能同时将两者加热到亿度(du)以(yi)上的装置。
核聚变(bian)是(shi)轻原子核结合成较重原子核并放出(chu)巨大能量的过程。由(you)于聚变(bian)原材料资源相对丰(feng)富，且无(wu)污染(ran)排(pai)放，因此可(ke)控核聚变(bian)被(bei)一直认为是(shi)人(ren)类解决能源问题的重要出(chu)路，视为“终极(ji)能源”。
在各(ge)类核聚变(bian)技术路线中(zhong)，托克马克被(bei)誉为“人(ren)造太阳”，其装置的中(zhong)央是(shi)一个环形的真空室，外面缠绕着(zhe)线圈，像一个甜甜圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中(zhong)的等离子体(Plasma)加热到很高(gao)的温度(du)。
等离子体是(shi)指在高(gao)温下，电子脱离原子核形成自由(you)电子和(he)离子的物质状态。
“中(zhong)国环流三号”是(shi)中(zhong)国规模最大、参数最高(gao)的先进托卡马克装置，由(you)中(zhong)核集团核工业西南物理研究(jiu)院自主设计、建造，其线圈系统均采用铜导体水冷线圈绕制而(er)成。
2022年(nian)10月，首(shou)次实现100万安培等离子体电流下的高(gao)约束模式运行。
中(zhong)核集团表示，“中(zhong)国环流三号”实验综合参数聚变(bian)三乘积实现了大幅跃升(sheng)。
聚变(bian)三乘积(等离子体温度(du)、密度(du)和(he)能量约束时间的乘积)是(shi)衡量聚变(bian)效果(guo)的参数。学术界认为，该数值达(da)到10的22次方(fang)时，聚变(bian)反应输出(chu)的功率才能大于等于为驱动这(zhe)一反应而(er)输入的功率，达(da)到点(dian)火条件(Q>1)。
由(you)于地球上难以(yi)形成太阳内部的压强，聚变(bian)装置需要将等离子体温度(du)加热至1亿摄氏度(du)以(yi)上，并维持足够长的时间才可(ke)能触发聚变(bian)反应。
点(dian)火成功也(ye)意味着(zhe)“烧”聚变(bian)原料“炉子”被(bei)点(dian)着(zhe)，等离子体进入自持燃(ran)烧状态，即不需要外部额外的能量输入，仅通过内部加热就能维持极(ji)高(gao)的温度(du)。
据上述国内聚变(bian)行业人(ren)士先容，中(zhong)国位于安徽合肥(fei)的全超导托卡马克核聚变(bian)(EAST)实验装置已多次实现超亿度(du)的等离子体运行，但并非电子和(he)原子核同时达(da)到亿度(du)。
该装置由(you)中(zhong)科院合肥(fei)物质科学研究(jiu)院自主研制，于2006年(nian)9月28日建成，并首(shou)次等离子体放电成功，至今等离子体运行次数超过15万次。
2021年(nian)5月，EAST当年(nian)12月，该装置将电子温度(du)近7000万摄氏度(du)的长脉冲高(gao)参数等离子体维持了1056秒。
该人(ren)士同时指出(chu)，位于英国的欧洲联合环形装置(JET)、日本和(he)欧盟共同建设的大型核聚变(bian)实验装置JT-60SA 等装置已实现同时将电子和(he)离子加热至亿度(du)。
“中(zhong)国环流三号”的突破，是(shi)可(ke)控核聚变(bian)走向应用核心环节的体现，但并不意味着(zhe)将很快实现聚变(bian)反应。
今年(nian)2月28日，全国政协(xie)委员(yuan)、中(zhong)核集团聚变(bian)领域首(shou)席科学家段旭如在两会代表委员(yuan)见面会上表示，“中(zhong)国环流三号”仍处于实验研究(jiu)阶段，目(mu)标是(shi)验证聚变(bian)堆物理与工程相关技术的可(ke)行性，还不是(shi)直接发电。
段旭如指出(chu)，该装置的核心任务是(shi)实现“聚变(bian)点(dian)火”，按照中(zhong)国核能发展战略，其应用预计在本世(shi)纪中(zhong)叶(ye)(约2050年(nian)前后)实现，预计2045年(nian)左右进入示范阶段，有望在2050年(nian)前后商(shang)业化发电。
不过，“中(zhong)国环流三号”最新的实验，创造了中(zhong)国聚变(bian)研究(jiu)多项新纪录(lu)和(he)成果(guo)。
“大家自主研发的加热、控制与诊断等设备与系统首(shou)次投入运行，相关技术指标达(da)到了国际前列，创造了我国核聚变(bian)研究(jiu)多项新纪录(lu)。”钟武律说。
其中(zhong)，自主研制的高(gao)功率微(wei)波回旋管成功投入运行，最高(gao)注入功率达(da)2.5MW，掌握了稳定获得电子内部输运垒的控制技术，实现电子温度(du)1.6亿度(du)。
此外，建成并投运2套具有完(wan)全自主常识产权的高(gao)功率中(zhong)性束注入加热系统，单条束线最大功率达(da)7兆瓦，跻身国际第一梯(ti)队。该系统是(shi)提升(sheng)原子核温度(du)的核心设备。
核工业西南物理研究(jiu)院也(ye)首(shou)次提出(chu)并实现了提高(gao)芯部能量约束的新方(fang)法，掌握了提升(sheng)原子核温度(du)的运行策略。根据芯部能量约束调(diao)控方(fang)法，成功抑制了制约原子核温度(du)提升(sheng)的芯部磁流体不稳定性，攻克了电流剖面及密度(du)剖面控制等技术难题，在国内首(shou)次实现原子核温度(du)超过1亿度(du)的可(ke)重复放电。