EAST托卡马克装置(图片来源：合肥物质科学研究院)

4月12日，被誉为“人造太阳”的中国实验先进超导托卡马克装置(EAST)创造了新的世界纪录，成功实现了403秒的稳态高约束模式等离子体运行。此前的纪录是 101 秒，由 EAST 于 2017 年创下。

这一突破是在位于安徽省合肥市的中国科学院等离子体物理研究所 (ASIPP) 的 EAST 进行了超过 120,000 次发射后实现的。

ASIPP主任宋运涛告诉新华社，在高约束等离子体运行过程中，粒子的温度和密度大大提高，这将为提高未来聚变电站的发电效率和降低成本奠定坚实的基础。

自2006年开始运营以来，EAST一直是国内外科学家开展聚变相关实验和研究的开放试验平台。目前，被誉为下一代“人造太阳”的未来中国聚变工程试验堆(CFETR)工程设计已经完成，目标是成为世界首座聚变示范堆。

更小更便宜的设备

与此同时，德国马克斯普朗克等离子体物理研究所 (IPP) 的研究人员找到了一种方法，可以显着缩短核聚变装置中的热等离子体与容器壁之间所需的距离。

位于慕尼黑附近加兴的 IPP 的 ASDEX 升级托卡马克实验是国际热核实验反应堆 (ITER) 和后来的聚变电厂的蓝图。ITER 的重要元素就是在那里开发的。用于后续发电厂的等离子操作条件和组件已经在测试中。

ASDEX Upgrade 和所有现代磁聚变设施的核心要素是偏滤器。这是容器壁的一部分，特别耐热，需要精心设计。为了应对高温，ASDEX Upgrade 和 ITER 的偏滤器瓦片均由钨制成，钨是熔化温度最高 (3422°C) 的化学元素。

如果没有对策，等离子体聚变能量的 20% 会到达偏滤器表面。出于这个原因，少量的杂质(通常是氮)被添加到等离子体中。这些通过将其转化为紫外线来提取大部分热能。然而，等离子体边缘(分界面)必须与偏滤器保持一定距离以保护它。到目前为止，在 ASDEX 升级中，这至少为 25 厘米(从较低的等离子尖端 - X 点 - 到偏滤器的边缘测量)。

IPP 的研究人员现在已经成功地将这个距离减少到 5 厘米以下，而不会损坏墙壁。

“我们不小心将等离子体边缘移动得比我们预期的更靠近偏滤器，”IPP 物理学家 Tilmann Lunt 说。“令我们感到非常惊讶的是，ASDEX 升级能够毫无问题地解决这个问题。”

“因为等离子体移动更靠近偏滤器，所以可以更好地利用真空容器的体积，”IPP 说。“初步计算表明，如果容器的形状达到最佳，则可以在保持相同尺寸的同时将等离子体体积增加近一倍。这也将增加可实现的聚变功率。”

“我们正在处理聚变研究中的一项重大发现，”IPP 部门主管 Ulrich Stroth 说。“X 点散热器为我们开发发电厂开辟了全新的可能性。我们将进一步研究其背后的理论，并尝试通过 ASDEX 升级的新实验更好地理解它。”

挑战依然存在

这两项声明发布之际，美国政府问责局 (GAO) 发布了一份报告，认为聚变技术在生产商业电力之前面临许多挑战。

GAO 说：“要实现商业融合，必须克服几个挑战，利益相关者对这个时间表的预测从 10 年到几十年不等。” “一个关键的科学挑战是等离子体物理学，即聚变所需的物质状态。”

报告称，研究人员在了解燃烧等离子体的行为方面取得了进展，但缺乏足够的实验数据来验证他们的模拟。一项关键的工程挑战是开发能够承受数十年聚变条件(例如极热和中子损伤)的材料，并且不存在可以对材料进行全面测试的设施。“更一般地说，从聚变中提取能量以提供经济的电力来源的任务提出了几个尚未解决的复杂系统工程问题。”

该报告指出，公共和私营部门的不协调、监管的不确定性和其他因素也对聚变能源的发展提出了挑战。不一致的领域之一是研究重点。公共部门的努力优先考虑基础科学，但聚变能的发展需要额外重视技术和工程研究。另一个因素是监管的不确定性，这可能会减缓聚变能的发展，尽管制定适当的法规以确保安全而不限制发展是困难的。

GAO 制定了四种政策选择，可以帮助应对这些挑战或增强聚变能的好处。他们确定了决策者可能采取的行动，其中包括立法机构、政府机构、学术界、工业界和其他团体。