據(jù)中科院等離子體物理研究所官網(wǎng)消息，我國(guó)大科學(xué)裝置“東方超環(huán)（EAST）”日前取得重大突破。這次的突破不僅承載了等離子體所三代聚變?nèi)说木圩儔?mèng)，也為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
為了更好的了解這個(gè)大科學(xué)裝置獲突破的重要性，我們得先知道所謂的“東方超環(huán)（EAST）”是什么？東方超環(huán)（EAST）是我國(guó)第四代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，其主要作用是讓海水中大量存在的氘和氚在高溫條件下發(fā)生核聚變，從而產(chǎn)生源源不斷的清潔能源。據(jù)悉，一升海水所含氘產(chǎn)生的聚變能=三百升汽油所釋放的能量。而海水中氘的儲(chǔ)量多到可以供全人類使用幾十億年。尤為重要的一點(diǎn)是，聚變產(chǎn)生的廢料為氦氣，既清潔，又安全。
可能你也知道，東方超環(huán)（EAST）也被稱為“人造太陽(yáng)”。為什么它有“人造太陽(yáng)”的美譽(yù)呢？這是因?yàn)镋AST能實(shí)現(xiàn)或者說(shuō)它的存在可以像太陽(yáng)一樣發(fā)生核聚變。當(dāng)然，這個(gè)“人造太陽(yáng)”之所以揚(yáng)名海內(nèi)外還有好多的理由。
理由一：東方超環(huán)是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克（2016年首輪物理放電實(shí)驗(yàn)取得成功）。托卡馬克是前蘇聯(lián)科學(xué)家于二十世紀(jì)五十年代發(fā)明的環(huán)形磁約束受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。其中，超導(dǎo)托卡馬克能夠使得磁約束位形能連續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，因而被公認(rèn)為是探索和解決未來(lái)聚變反應(yīng)堆工程及物理問(wèn)題的最有效的途徑。也因此，當(dāng)下，聚變研究的開展離不開超導(dǎo)裝置。而超導(dǎo)托卡馬克也已經(jīng)成為國(guó)際熱潮。
理由二：東方超環(huán)是我國(guó)自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。所謂的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置是受控?zé)岷司圩兡苎芯康闹饕较蛑唬淅脧?qiáng)磁場(chǎng)可很好地約束帶電粒子的特性，將氘氚氣體約束在一個(gè)特殊的磁容器中并加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。另一個(gè)方向?yàn)閼T性約束核聚變，主要是利用超高強(qiáng)度的激光在極短的時(shí)間內(nèi)輻照氘氚靶來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變。怎么看，也是磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置略勝一籌。
理由三：東方超環(huán)已經(jīng)成為國(guó)際上最重要的高參數(shù)長(zhǎng)脈沖等離子體物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。從本質(zhì)上說(shuō)，托克馬克是一種脈沖裝置，因?yàn)榈入x子體電流是通過(guò)感應(yīng)方式驅(qū)動(dòng)的。而我國(guó)的東方超環(huán)早在2016年成功實(shí)現(xiàn)電子溫度超過(guò)5000萬(wàn)度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電。
理由四：……（由你來(lái)書寫）
接下來(lái)，我們來(lái)看看到底這次我國(guó)的“人造太陽(yáng)”在哪些方面取得了重大突破呢？
我國(guó)的科學(xué)工作者們?cè)谒氖甑暮司圩冄芯空鞒讨许频Z前行，使得我國(guó)的“人造太陽(yáng)”在以下幾個(gè)方面取得突破：
1.0 加熱功率超過(guò)10兆瓦；
2.0 等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦；
3.0 等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度；
4.0 在射頻波加熱為主、低動(dòng)量注入、鎢偏濾器等類似未來(lái)聚變堆條件下，實(shí)現(xiàn)了高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式；
5.0 適應(yīng)于聚變堆高性能等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模式的運(yùn)行區(qū)間的有效拓展……
據(jù)專家介紹，此次獲得的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)接近未來(lái)聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件，朝著未來(lái)聚變堆實(shí)驗(yàn)運(yùn)行邁出了關(guān)鍵一步。
最后，為什么高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式的實(shí)現(xiàn)需要在鎢偏濾器中進(jìn)行呢？因?yàn)榫圩儗?shí)驗(yàn)堆及示范堆中面向等離子體材料（PFM）作為高溫等離子體外圍的第一道屏障，其耐高束流低能等離子體、穩(wěn)態(tài)熱流與瞬態(tài)熱沖擊、高能14MeV聚變中子輻照的能力是等離子體高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的保證。而鎢（W）具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、低濺射率、低燃料滯留與低中子活化等優(yōu)良特性，是PFM的首選。所以，目前，國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆（TER）的偏濾器采用鎢材質(zhì)，大型托卡馬克如JET、ASDEX-U、WEST均進(jìn)行了基于W-PFM的材料研發(fā)及應(yīng)用。
當(dāng)然，正如開頭所述，“東方超環(huán)”裝置能用來(lái)發(fā)生核聚變反應(yīng)并生成清潔能源，且廢料無(wú)污染，所需的原料可以從海水里獲得，在N個(gè)世紀(jì)內(nèi)取之不盡，用之不竭。這時(shí)候，你可能就會(huì)問(wèn)了，這么好的裝置，怎么不能像核電站一樣商業(yè)化呢？所以，該大科學(xué)裝置還需要解決一大關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題是——如何瞄準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)未來(lái)聚變能商用目標(biāo)。也不知這目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，還收電費(fèi)嗎？
