1月20日，EAST物理實驗總負責(zé)人龔先祖（右）和中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所副所長陸坤擁抱慶祝。新華社記者 周牧 攝

“億度千秒”意味著什么？在這片不足3平方公里的小島上，研究人員又為此做了什么？下一個聚變能研究的目標又在何處？

帶著這些疑問，讓我們走進合肥科學(xué)島，探尋 EAST “億度千秒”創(chuàng)造世界紀錄的背后故事。

1000秒、高約束模式、1億攝氏度……EAST總是在不斷超越自己

1000秒能干什么？

四舍五入也就17分鐘，可能不過是普通人聊會天、喝杯茶、追部劇的工夫，而在合肥科學(xué)島等離子體所研究人員的“時間尺度”里，為了實現(xiàn)等離子體在高約束模式下完成1億攝氏度1000秒的運行，他們已為此“奔波”很多年。

1億攝氏度、1000秒、高約束模式……用中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所團委書記葉華龍的話說，EAST單純運行1000秒對現(xiàn)在的“人造太陽”是“小case”，但若將其置于在另外兩個限制條件下，放眼全世界也有相當?shù)碾y度。

托卡馬克裝置等離子體運行模式可以分為H高約束模式、L低約束模式以及超級I模式等。在高約束模式下，等離子體運行時間長，粒子的溫度、密度、約束性能均獲得較大幅度提升，能夠為提升未來聚變電站的發(fā)電效率、降低成本奠定堅實物理實驗基礎(chǔ)。

不過，要約束住上億攝氏度的等離子體卻是一項復(fù)雜而危險的工作。“它一旦觸碰到裝置內(nèi)壁，就會造成材料瞬間升華，所以一次次沖擊中斷是源于裝置自我保護系統(tǒng)的啟動。”但之所以堅持要在高約束模下完成1億攝氏度1000秒的持續(xù)運行，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所科研工作者陳冉表示，只有這樣，才能發(fā)現(xiàn)一些我們以前從來沒有發(fā)現(xiàn)過的問題，從而為我們下一代聚變實驗堆裝置提供有效的借鑒和參考。

Shot：150425；Pulse：1066.76s……

shot代表著目前為止的實驗次數(shù)，pulse則是最新的一次持續(xù)時間。1月20日下午5時20分當EAST控制大廳屏幕上“pulse”定格在1066.76s時，大廳內(nèi)一片歡呼之聲：這是聚變研究從基礎(chǔ)科學(xué)研究邁向工程實踐的重大拐點，標志著聚變能研究走上一個新臺階。而這一跨越的背后，是超15萬次放電實驗的不斷嘗試。

兌現(xiàn)了的“冬日約定”

時間回溯到2024年11月，冬季科學(xué)島每當夜幕降臨，顯得格外靜謐，但位于“島內(nèi)”的等離子體所卻總是燈火通明。

早在2024年7月，等離子體所研究人員就已經(jīng)著手為“EAST實現(xiàn)上億攝氏度1000秒的高約束模持續(xù)放電”做著全面準備。11月，他們正式發(fā)起沖擊，臨近農(nóng)歷春節(jié)，這群“聚變?nèi)?rdquo;也想盡力在年前為全國人民送上一份“新春禮物”。就這樣，這群“聚變?nèi)?rdquo;在心中不約而同地立下了“冬日約定”。

客觀上說，在很多研究核聚能的專家眼里，高約束模下的千秒級運行，是一個跨越式的挑戰(zhàn)目標。

“若是把原先‘突破’看作是階段性考試，那這次就是‘大考’。”在EAST控制大廳，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所EAST裝置實驗運行總負責(zé)人龔先祖和很多所內(nèi)的研究人員一樣，為了這次突破，早已把這里當成了“第二個家”。

而與大廳一墻之隔的就是EAST，它是全球首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置，通過模擬太陽發(fā)光發(fā)熱的原理，用強磁場約束住高溫的等離子體，產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。

彼時，數(shù)十位研究人員每天要進行大約100次的點火實驗，第二天晨會則進行梳理總結(jié)。“在學(xué)術(shù)討論和科學(xué)目標的制定過程中，我們崇尚學(xué)術(shù)自由，鼓勵大家暢所欲言，對最終方案的敲定集思廣益。一旦方案確定，我們將組織尖刀班、尖刀排去落實執(zhí)行。”龔先祖覺得，正是這樣的氛圍和干勁，讓EAST的突破變得只是“時間問題”。

記者在EAST控制大廳現(xiàn)場多次留意到一個現(xiàn)象：即便實驗在臨近1000秒時失敗了，但大多數(shù)研究人員臉上卻很難看到遺憾惋惜的表情，計時一停止，他們就馬上投入到相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的處理和分析中，陳冉也是其中之一。“我覺得每一次實驗都是攀登峰頂?shù)囊淮螄L試，失敗不會讓我們氣餒，反而是通往成功的必然階段。”

經(jīng)歷過數(shù)百次的實驗后，2024年11月24日，龔先祖決定讓EAST“歇一歇”，對裝置進行維修養(yǎng)護，彼時，龔先祖收到了分別來自美國和歐洲給出的預(yù)計修復(fù)時間。“一個是4個月左右，一個則說至少半年，但我們團隊只用了半個月時間，就讓裝置恢復(fù)到了實驗前的狀態(tài)。”

這讓龔先祖和團隊成員們信心倍增。

2025年1月20日下午5時20分開始，隨著屏幕上不斷跳動的參數(shù)從個位數(shù)、十位數(shù)、百位數(shù)，直至定格在1066.76秒，平時頗為淡定的龔先祖也難掩興奮，在工位上高舉雙臂，互相擁抱致意。他們不僅完成了“前無來者”的壯舉，也“按質(zhì)按時”地實現(xiàn)了這份“冬日約定”。

“億度千秒量級穩(wěn)態(tài)高約束模的實現(xiàn)充分驗證了聚變堆高約束模穩(wěn)態(tài)運行的可行性，把聚變能源的研發(fā)進程往前推進一大步，對聚變堆的建設(shè)和運行具有重大意義。”

期待“聚變太陽”在中國第一個升起

作為一臺全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置，EAST的建設(shè)就是為了實現(xiàn)三大科學(xué)目標：電流1兆安、溫度1億攝氏度、運行維持1000秒。

從開工到建設(shè)，等離子體所的科研團隊花了6年多時間建成EAST，并將掌握的大型超導(dǎo)技術(shù)、精準控制技術(shù)、加熱技術(shù)、真空技術(shù)、射頻技術(shù)、電源技術(shù)、低溫技術(shù)等68項關(guān)鍵技術(shù)融入其中，最重要的是，EAST所有關(guān)鍵技術(shù)全部由中國人自主研發(fā)。

如今，在四代科研工作者、20多個科研小組的共同努力下，有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）屢獲重大突破。

2006年9月16日，EAST獲得了第一次等離子體；2012年，實現(xiàn)411秒2000萬攝氏度等離子體運行；2016年，實現(xiàn)5000萬攝氏度102秒等離子體運行；2017年，實現(xiàn)101秒高約束模等離子體運行；2021年，實現(xiàn)1.2億攝氏度101秒等離子體運行；2023年，實現(xiàn)403秒可重復(fù)的長脈沖高約束模等離子體運行；2025年，EAST首次完成1066.76秒高約束模等離子體運行……

在一系列里程碑式突破的背后，人們不禁開始暢想“人造太陽”何時才能真正“升起”？

龔先祖介紹，目前研究處于實驗裝置階段，科研人員要探索的就是在時間尺度上能夠去穩(wěn)定地維持高參數(shù)的等離子體，從而為后續(xù)新的裝置提供核心的技術(shù)支撐，而若要造出真正有實用價值的“人造太陽”，必須要一步步跨越實驗裝置、實驗堆、工程堆、示范堆、商業(yè)電站等多個階段，而這一過程仍需要至少數(shù)十年的研究。“正是有了源源不斷投身聚變能研究事業(yè)的年輕人，才讓我覺得時間不是問題。”

目前，在等離子體所1500人左右的團隊里，不乏像陳冉這樣的青年科研工作者，他們不僅是EAST的骨干，還承擔(dān)起了下一代裝置“夸父”的建造任務(wù)。

對于聚變能研究，青年“聚變?nèi)?rdquo;的雄心壯志更是“直指未來”。“我們要攻克的下一個里程碑式事件，就是讓通過聚變能點亮的第一盞燈亮在中國。”

合報科學(xué)+融媒體工作室

合肥通客戶端-合報全媒體記者 汪濤/文 張正朋/圖