中核集团再传佳绩，中国新一代“人造太阳”取得突破性进展。这两天，记者从中核集团获得了一个巨大的好消息，他们研究的HL-2M等离子体电流突破了100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。

这意味着，我国核聚变研发技术迈出重要一步，位居世界领先水平。

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什么是核聚变？

万物生长靠太阳。支撑人类社会发展的一切能量来自太阳，而太阳的能量则来自核聚变。

其实，核聚变并不神秘，只要将氢的同位素氘和氚的原子核无限接近，使其发生聚变反应，就能释放出巨大能量。

然而，原理看似简单，但要让聚变反应持续可控，可以说难于上青天。

要实现可控核聚变反应，必须满足三个苛刻条件：一是温度要足够高，使燃料变成超过1亿℃的等离子体；二是密度要足够高，这样两原子核发生碰撞的概率就大；三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。

这就是聚变界通常所说的“三乘积”中的要素——离子温度、密度和能量约束时间。

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什么是“人造太阳”？

“人造太阳”即托卡马克装置，是通过模拟太阳核聚变，利用可控热核聚变反应来为人类提供清洁能源的一种装置。托卡马克装置的中央是一个环形真空室，里面注满气体，外面缠绕着线圈。线圈通电以后，会在托卡马克内部产生巨大的螺旋型磁场，里面的气体将被电离成等离子体并形成等离子体电流，当等离子体被加热到极高温度后，便可达到核聚变条件。

中核集团核工业西南物理研究院聚变科学所副所长、HL-2M实验负责人钟武律告诉记者，要衡量核聚变装置及核聚变研究水平，主要看3个参数：燃料的离子温度、等离子体密度和能量约束时间。

3个参数缺一不可：

首先温度要足够高，能够使燃料变成超过一亿摄氏度的等离子体；

二是密度要足够大，这样原子核发生碰撞的概率就大；

三是等离子体能够在装置内被约束足够长的时间。

只有当这3个参数的乘积超过一个特定数值时，才能够达到发生核聚变反应的条件。而等离子体电流的大小将显著影响3个参数中的等离子体密度和能量约束时间。因此，钟武律表示，未来托卡马克装置要实现稳定运行，等离子体电流必须要超过1兆安。这样聚变3个参数的乘积才有可能超过特定数值，实现聚变点火。

等离子体电流听起来“高大上”，但钟武律告诉记者，其基本原理实际非常简单。“我们的托卡马克装置其实就是在一个大型真空容器里面注满气体，然后把气体电离变成等离子体，再用强磁场把带电粒子控制住，让它在真空容器里面悬浮起来。类似的等离子体在生活中其实很常见，比如日光灯管中就有。”

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中国环流

HL-2M（中国环流器二号M装置）由中核集团位于四川省成都的西南物理研究所（SWIP）自主设计和建造，于2019年11月完工，并于2020年12月实现首次等离子体放电。

中核集团表示，等离子体电流强度是托卡马克的关键参数，HL-2M托卡马克现在的等离子体电流强度超过2.5兆安培，在体积超过1兆安培的条件下运行平稳。

SWIP聚变科学中心副主任、HL-2M实验负责人钟武在接受《科技日报》采访时表示：“这一突破，标志着中国在核聚变研究与开发中向聚变点火迈出了重要一步。”

该托卡马克在2021年12月实现了1,056秒的连续高温等离子体运行，这是当时世界上同类装置运行时间最长的一次。

SWIP作为中国受控核聚变研发的核心机构，是中国参与国际热核实验堆（ITER）的重要支持机构，开发了各种类型的磁约束聚变装置。

中国于20世纪60年代开始核聚变研究，中国可控核聚变研究与世界几乎同步。自1955年钱三强、李正武等老一辈科学家提议开展“可控热核反应”以来，取得了一系列重要科研成果。

1954年，世界上第一个托卡马克装置由苏联建成。1984年，中国自主建造第一个托卡马克装置HL-1（中国环流器一号），是中国核聚变反应研究的一个重要里程碑，标志着我国核聚变研究由技术跟踪变为大型实验，为中国自主设计、建造和运行核聚变装置提供了经验。

1990年代，中国建成HL-1M (中国环流新一号)，2002年12月，中国利用德国赠送的一套退役装置，建成HL-2A（中国环流器二号A），HL-2A是目前在中国运行的三大国产托卡马克之一。

另外两台是位于合肥的中国科学院物理科学研究所（ASIPP）的实验先进超导托卡马克（EAST）和华中科技大学（HUST）的J-TEXT。

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HL-2M

HL-2M是中国先前型号HL-2A的升级版，HL-2M装置的建造，是为了研究未来聚变堆相关物理及其关键技术，研究高比压、高参数的聚变等离子体物理, 为下一步建造聚变堆打好基础。

在高比压、高参数条件下，研究一系列和聚变堆有关的工程和技术问题。瞄准和ITER物理相关的内容，着重开展和燃烧等离子体物理有关的研究课题,包括等离子体约束和输运、高能粒子物理、新的偏滤器位型、在高参数等离子体中的加料以及第一壁和等离子体相互作用等。

“对于中国人来说，若要在ITER上发挥更多作用，像HL-2M这样高参数运行的装置不可或缺，一方面支撑ITER，为ITER开展预先研究、并探索相关物理与工程问题，另一方面就是作为我国可控核聚变人才培养的重要平台。这是承上启下的重要一步，不可逾越。”刘永说道，“通常像HL-2M这样的高参数运行装置，可被称为ITER‘卫星’。而全世界正在运行的称得上ITER‘卫星’的科学装置不多。HL-2M名副其实。”

刘永是中核集团核西物院HL-2M负责人。

2022年12月4日14时02分，HL-2M在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。

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实现核聚变发电还有多远？

相比于人类目前采用的多种能源，核聚变能堪称是真正的“未来能源”：一方面，核聚变的反应原材料氘能够在海水中获得，储量丰富，取之不竭。1升海水中提取的氘完全发生聚变反应时，其释放的能量相当于燃烧300升汽油。另一方面，相比于依靠核裂变产生能源，核聚变的安全性也更为可靠。如果说核裂变是把镜子摔碎，那么核聚变就是把摔碎的镜子复原。核聚变通常是将氢的同位素、轻原子核氘和氚结合成较重的原子核氦来释放巨大能量。而要想让原本独立的两个原子核克服各种阻碍合为一体，对温度、密度、约束时间等条件的要求都极为苛刻，一旦条件受限，反应无法维持，核聚变就不会发生。

核聚变虽然好处很多，但必须承认目前距离依靠核聚变产生能源发电，还有很长的路要走，现阶段最为实际的目标是实现真正的核聚变点火。钟武律表示，HL-2M不仅在等离子体电流这一参数上拥有领先优势，其设计等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度，同样能够满足点火要求。未来，HL-2M将继续有条不紊地开展后续实验工作，冲击更高的等离子体电流和离子温度等参数，全面提升核聚变3个参数，向着核聚变点火不断迈进，实现我国“人造太阳”研究新的飞跃。

文章来源： 嘿嘿能源heypower，春秋点将台，科普时报