界面新聞記者 ｜ 戴晶晶

中國“人造太陽”又有新突破。

3月28日下午，中核集團發(fā)布官方消息稱，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”(HL-3)實驗取得突破，國內(nèi)首次實現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度。

“我們的實驗實現(xiàn)了‘雙億度’，綜合參數(shù)也大幅躍升，標志著我國的核聚變研究挺進燃燒實驗。”據(jù)央視新聞報道，中核集團“中國環(huán)流三號”總設(shè)計師鐘武律稱。

上述消息宣布后，A股可控核聚變板塊拉升。截至當日收盤，合鍛智能(603011.SH)、雪人股份(002639.SZ)漲停，弘訊科技(603015.SH)漲5.61%、國光電氣(688776.SH)漲3.65%，中國核建(601611.SH)漲2.38%。

“所謂進入燃燒實驗，就是達到了1億度的門檻。但目前不清楚HL-3是同時將電子和離子加熱至億度，還是單獨實現(xiàn)?！币晃粐鴥?nèi)聚變行業(yè)人士對界面新聞表示，如果是同一時刻達到億度，將是非常大的實驗突破。

該人士對界面新聞表示，電子和離子溫度存在差異，加熱的方式也不同，國內(nèi)尚沒有能同時將兩者加熱到億度以上的裝置。

核聚變是輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過程。由于聚變原材料資源相對豐富，且無污染排放，因此可控核聚變被一直認為是人類解決能源問題的重要出路，視為“終極能源”。

在各類核聚變技術(shù)路線中，托克馬克被譽為“人造太陽”，其裝置的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，像一個甜甜圈，在通電時內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場，將其中的等離子體(Plasma)加熱到很高的溫度。

等離子體是指在高溫下，電子脫離原子核形成自由電子和離子的物質(zhì)狀態(tài)。

“中國環(huán)流三號”是中國規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進托卡馬克裝置，由中核集團核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計、建造，其線圈系統(tǒng)均采用銅導體水冷線圈繞制而成。

2022年10月，“中國環(huán)流三號”等離子體電流突破100萬安培，并于2023年8月首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行。

中核集團表示，“中國環(huán)流三號”實驗綜合參數(shù)聚變?nèi)朔e實現(xiàn)了大幅躍升。

聚變?nèi)朔e(等離子體溫度、密度和能量約束時間的乘積)是衡量聚變效果的參數(shù)。學術(shù)界認為，該數(shù)值達到10的22次方時，聚變反應(yīng)輸出的功率才能大于等于為驅(qū)動這一反應(yīng)而輸入的功率，達到點火條件(Q>1)。

由于地球上難以形成太陽內(nèi)部的壓強，聚變裝置需要將等離子體溫度加熱至1億攝氏度以上，并維持足夠長的時間才可能觸發(fā)聚變反應(yīng)。

點火成功也意味著“燒”聚變原料“爐子”被點著，等離子體進入自持燃燒狀態(tài)，即不需要外部額外的能量輸入，僅通過內(nèi)部加熱就能維持極高的溫度。

據(jù)上述國內(nèi)聚變行業(yè)人士介紹，中國位于安徽合肥的全超導托卡馬克核聚變(EAST)實驗裝置已多次實現(xiàn)超億度的等離子體運行，但并非電子和原子核同時達到億度。

該裝置由中科院合肥物質(zhì)科學研究院自主研制，于2006年9月28日建成，并首次等離子體放電成功，至今等離子體運行次數(shù)超過15萬次。

2021年5月，EAST成功實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行。當年12月，該裝置將電子溫度近7000萬攝氏度的長脈沖高參數(shù)等離子體維持了1056秒。

該人士同時指出，位于英國的歐洲聯(lián)合環(huán)形裝置(JET)、日本和歐盟共同建設(shè)的大型核聚變實驗裝置JT-60SA 等裝置已實現(xiàn)同時將電子和離子加熱至億度。

“中國環(huán)流三號”的突破，是可控核聚變走向應(yīng)用核心環(huán)節(jié)的體現(xiàn)，但并不意味著將很快實現(xiàn)聚變反應(yīng)。

今年2月28日，全國政協(xié)委員、中核集團聚變領(lǐng)域首席科學家段旭如在兩會代表委員見面會上表示，“中國環(huán)流三號”仍處于實驗研究階段，目標是驗證聚變堆物理與工程相關(guān)技術(shù)的可行性，還不是直接發(fā)電。

段旭如指出，該裝置的核心任務(wù)是實現(xiàn)“聚變點火”，按照中國核能發(fā)展戰(zhàn)略，其應(yīng)用預(yù)計在本世紀中葉(約2050年前后)實現(xiàn)，預(yù)計2045年左右進入示范階段，有望在2050年前后商業(yè)化發(fā)電。

不過，“中國環(huán)流三號”最新的實驗，創(chuàng)造了中國聚變研究多項新紀錄和成果。

“我們自主研發(fā)的加熱、控制與診斷等設(shè)備與系統(tǒng)首次投入運行，相關(guān)技術(shù)指標達到了國際前列，創(chuàng)造了我國核聚變研究多項新紀錄。”鐘武律說。

其中，自主研制的高功率微波回旋管成功投入運行，最高注入功率達2.5MW，掌握了穩(wěn)定獲得電子內(nèi)部輸運壘的控制技術(shù)，實現(xiàn)電子溫度1.6億度。

此外，建成并投運2套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高功率中性束注入加熱系統(tǒng)，單條束線最大功率達7兆瓦，躋身國際第一梯隊。該系統(tǒng)是提升原子核溫度的核心設(shè)備。

核工業(yè)西南物理研究院也首次提出并實現(xiàn)了提高芯部能量約束的新方法，掌握了提升原子核溫度的運行策略。根據(jù)芯部能量約束調(diào)控方法，成功抑制了制約原子核溫度提升的芯部磁流體不穩(wěn)定性，攻克了電流剖面及密度剖面控制等技術(shù)難題，在國內(nèi)首次實現(xiàn)原子核溫度超過1億度的可重復(fù)放電。