“中国环流三号”等离子体运行画面。（中核集团供图）
不久前，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。
磁约束聚变稳态运行可实现能量稳态输出
万物生长靠太阳。太阳之所以发光发热，是因为内部的核聚变反应。实现核聚变的原材料在地球上极丰富，如果能造一个“太阳”发电，人类有望实现能源自由。而人造太阳拥有类似太阳的运行机制，可利用核聚变反应产生巨大的能量。
可控核聚变具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势，是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一。
“中国环流三号”由中核集团核工业西南物理研究院自主设计、建造。中核集团核工业西南物理研究院副研究员肖国梁介绍说，可控核聚变以约束方式分类主要有3种，分别为以太阳为例的引力约束聚变、以激光聚变为代表的惯性约束聚变、以托卡马克装置为代表的磁约束聚变。
磁约束聚变是一种利用磁场，将聚变燃料中的等离子体约束在空间中的技术。托卡马克装置是进行可控核聚变研究的主流装置，其利用强磁场把上亿摄氏度的等离子体长时间控制在真空容器里，并使聚变反应稳定持续地进行。
“磁约束核聚变中的高约束模式（H模）是一种典型的先进运行模式，被选为正在建造的国际热核聚变试验堆（ITER）的标准运行模式。”肖国梁说，这种方式未来能通过稳态运行实现稳定的能量输出，也是目前最有望率先实现聚变能利用的途径。
人造太阳实现超大电流高约束运行
衡量核聚变装置及核聚变研究水平有3个参数：燃料的离子温度、等离子体密度和能量约束时间，只有3个参数的乘积超过特定数值，才能够实现真正的核聚变。未来聚变堆装置通常都在100万安培以上稳定运行，以实现更高的聚变参数，并输出能量。
为实现聚变能源利用，需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件，即实现实验输出能量超过输入能量。肖国梁介绍说，相较于普通运行模式，磁约束核聚变中的高约束模式（H模）可使等离子体综合参数提升数倍，有效提高等离子体整体约束性能。
“100万安培等离子体电流高约束运行，可以理解为高约束模式能够更好地将100万安培电流的等离子体抓住在磁场中进行反应，从而获得更高的聚变等离子体参数。”肖国梁介绍说，这是一个聚变装置综合能力的体现，包括等离子体位形控制能力、高功率加热能力、装置壁处理技术，装置加料技术，不稳定性控制技术，以及先进诊断测量技术等众多技术攻关的成果。
据了解，核聚变能商用时间预计在本世纪中叶。肖国梁介绍说，“中国环流三号”团队将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术，实现堆芯级等离子体运行，加速聚变能开发进程。（记者张英贤）
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