合肥的科学岛

有这样一个地方，这样一群人，四周围是水位于岛上，远离城市但岛上设施一应俱全。

岛上人员每天工作累了，可以打打球或者进行其他娱乐活动。至于他们工作所用的设备，毫不客气的说应该是当下世界里最硬核的了。

因为，这个“岛”和这群人的存在，本身就代表了科研的最前列。他们在这里研发“人造太阳”。

“人造太阳”的实验装置是怎么样的

“人造太阳”是核聚变的俗称，因为我们每天看到的太阳，它能产生巨大能量，就是因为无时不刻在进行核聚变活动。

假设我们也掌握了核聚变技术，能源问题就能一劳永逸解决，煤炭、石油、天然气这些石化能源也将全部被淘汰。这一切，就是核聚变研究的背景。

理论上，还在上世纪20年代，科学家就逐步了解了太阳在进行核聚变的过程。等到上世纪30年代初，现代核聚变研究的方向和理论基础基本都搞定了。

之后20多年，人类利用逐步掌握的核聚变技术，成功引爆了氢弹。彼时，原子弹背后的核裂变，以及围绕可控核裂变的发电技术，已经在推行并逐步应用到了现实中。

科学家本来以为，很快也将掌握可控制的核聚变技术，然而接下来的研究却发现并不是那回事。

因为，可控核聚变反应，整个过程需要的温度级别要达到千万摄氏度甚至过亿才行，如果温度达不到要求，核聚变也就无法实现。

目前，地球上已知最耐高温的材料是钨，可3000℃就能让钨融化。也就是说，人类要想使用某种载体来实现核聚变的过程，这一研究思路是行不通的。

就这样，科学家后来转变思路，决定利用磁场来约束高温核聚变的燃料。从上世纪五六十年代开始，相关研究就从理论转向了现实。

在这期间，各大国都先后推出了可控核聚变的实验装置。60年代，苏联的托卡马克实验装置取得了突破，从那之后，各国在这一技术的基础上开启了研发高潮。

我国现在“人造太阳”计划所使用的实验装置，也是在这一基础上研发升级而来的。它的全称叫全超导托卡马克核聚变实验装置，中文简称又叫东方超环，英文简称为EAST。

目前，该实验装置就位于文章开头所说的岛上。从设计到建造，全部是自主化，而且在投入实验后，它已经突破了多项世界记录。

远远的看起来，它犹如一个巨型的圆圈，外围罩着它的结构犹如两座大楼。装置整体的高度超过了4层楼。

利用强磁场的约束，是该实验装置的核心。在实验装置的中间是真空室，真空室外面的结构是可以通电运行的线圈。

开启运作的时候，实验装置的内部会产生强大的磁场，等离子体会被加热到很高的温度，进而核聚变反应才会形成。

为什么要将实验装置造的这么大，因为理论上实现反应的温度要到上亿摄氏度，而约束其反应的强磁场，就需要大型设备才能产生。

该实验装置不但大，实验耗费更是惊人。机器只要开动一次，每天的花费不算其他至少就需要107万。

虽然耗费巨大，但目前包括我国在内的多个大国，都在核聚变领域争分夺秒的研究。在科学家看来，核聚变一旦取得重大突破，对人类来说就意味着发展真正达到了可持续且无污染的程度。

怀揣着同样的梦想，目前在“岛”上工作的徐国梁，当初高中毕业考大学，依然选择了科研领域的专业。

位于合肥的科学岛

这座岛位于合肥城郊，EAST的研究团队，隶属于中科院合肥物质科学研究院。徐国梁在上高中的时候，从新闻中得知国家正在核聚变领域进行研究，从此便萌生了打造“人造太阳”的想法。

他在高中毕业后学了理科专业，2019年博士毕业后，正式成为了合肥城郊岛上的一员。徐国梁所在的研究小组，负责的方向是等离子体和材料的相互作用。

小组成员都是和他一样的青年研究人员，大家都怀揣着一样的梦想。他们的主要任务，便是在温度增高的情况下，尽可能提高所用材料的使用寿命。在整个研究中，他们所负责的领域是很关键的。

因为研究技术的特殊性，徐国梁在内的一种科研人员，相当于处在一个独立而封闭的环境中。

所在区域四周围都是水，而且远离了城市的喧嚣。虽然环境封闭，但是岛上从工作到生活，各种设施一应俱全。除了医院、宿舍、食堂这些基础设施外，岛上甚至还专门设置了学校。

对科研人员来说，没有了任何后顾之忧，方可专心致志的开展科研工作。在这个过程中，徐国梁在内的团队，和整个EAST研究整体，攻克了很多难关。

比如在实验装置中，强磁场的环境必须得相当稳定，否则反应过程就无法持续。而要达到强磁场的环境，超导材料又成为重中之重。

实验装置真空室外围缠绕着的线圈，那一根根的线既要缠绕有序，还要留下空隙，同时又要满足磁场环境维持线圈的不断。在这个过程中，团队实验了很多次，终于得到了不会断裂的铜线。

这仅仅是研究的冰山一角，徐国梁所在的小组，此前要搭建测量粒子的能谱设备，整个过程持续了3年时间。该设备启用后，是为实验过程中提供数据支持的。

在此之前，其他国家在这一领域的研究中，并没有科研团队去做类似的设备。没有可供参考的经验，所以在选用探测器以及如何收集粒子方面，科研人员只能摸索着前进。

从零到1，从无到有，围绕核聚变实验的研究，整个团队在不同的研究方向上，各自贡献和发挥着自己的力量。

以测量粒子的能谱设备为例，研究小组在2020年的时候取得了突破，并且很快就运用到了实验之中。

正因为整个团队一直在前进，我国在核聚变领域的研究，才能一次次获得突破。

403秒，打破世界最长时间运行

2023年4月，东方超环一如往常开机工作。这一天，它实现了时长达403秒的长脉冲高约束模等离子体运行。这一时间，再次打破了世界的记录。

什么意思呢？通俗点说时间越长，意味着实验装置运行的可靠性和稳定性进一步得到了提升。同时也意味着，为下一步研究探索该技术方向在可控核聚变领域的应用性上，又往前迈进了一步。

实验的终极方向，就是为了进一步验证利用强磁场约束的方式，能够达到可控核聚变的整个反应过程。未来持续的时间更长，并且运行很稳定的话，那反应过程就能用来发电进而产生能源了。

是的你没看错，宇宙的尽头就是发电。此前，人类已经掌握了可控核裂变的技术，并且利用该技术而打造的核电站已经运行多年了。

只可惜核裂变的环境风险很难消除，安全问题不容忽视。而核聚变就不同了，理论上在反应过程中是零污染源产生的，实际中产生的核污染源，数量相比核聚变也相当少。所以，这才是各国拼命研发的主要原因。

我国在该领域的研究，目前处在绝对的第一梯队。而且在这之前，其稳定运行的时间也已经多次打破记录了。

从20秒到101秒，再到2023年的401秒，运行时间在不断延长，运行过程中产生的温度同样也在打破记录。

起初是5000万摄氏度，后来上升到了1亿摄氏度，再后来又上升到了1.2亿和1.6亿摄氏度。温度的升高，类似于在模拟太阳内部的环境，进而核聚变反应的过程才能呈现出来。

我国不但走在了研究前列，有自己的实验装置，在国际热核聚变实验堆计划中也有参与。该计划打造的实验装置，位于法国南部地区。按照预定时间，2025年时就能正式开启测试。

在全世界的研究领域，除了EAST所代表的技术方向外，也还有另外的研究技术方向。

谁能率先取得突破

像我国的东方超环，实验装置规模巨大，光是打造过程就需要大量资金，因此世界其他国家在这一方向上的研究，也只有政府才能承担得起费用。

除了这一方向外，世界上还有球形反应堆装置。相比于我国的东方超环，后者在整体的造型上相对小一些，但真实的体积其实也不小。

后者所用的也是强磁场约束，所用设备和技术试图以更小的功率，产生更强的磁场。在一些研究者看来，球形的反应堆运行成本较低，适合私营公司或者个人在核聚变领域的研究。

从国外的研究情况看，除了政府在推动研究外，世界上的一众超级富豪也该领域投入了研究资金。

截止到2022年，核聚变研究领域，私人的投资规模已经将近50亿美元。尤其是在美国，私人投资该领域的规模最大。全世界80%的私人投资资金，都流向了美国的公司。

而在一些科学家看来，不管由谁在这一领域研究，下一步各方的力量应该尽可能汇聚到一起，只有这样核聚变的实质性突破才能更快到来。

结语

目前的趋势是，政府主导的科研项目比如我国，无疑处在最前列。不过，下一步的实验无疑还要继续进行，而要想在技术上取得更大突破，技术、安全、成本等问题都要逐一解决。

从研究角度看，政府主导的研究更扎实，也更注重技术形成的稳定性和系统性。而私人企业在该领域的研究，因为投资收益回报的问题，更急于求成一些。

然而从核聚变本身去看，技术形成，并从实验落地应用，究竟还有多长的路要走，目前谁都给不出确切的时间表。也许是几十年，也许很快就会有实质性突破，一切都还不在可控范围。

参考资料：

《中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST团队——准备着，点亮“人造太阳”》 人民日报 2022年6月10日
《403秒！EAST实现世界上最长时间高约束模等离子体运行》 科技日报 2023年4月13日