近日,能源与科技领域迎来一则重磅消息,引发全球关注。法国原子能和替代能源委员会(CEA)于 2 月 18 日在其官网高调宣布,旗下运营的 WEST 托卡马克核聚变装置取得重大突破,成功将等离子体状态维持了 1337 秒,即 22 分 17 秒。这一成果直接超越了中国 EAST 装置在年初创下的 1066 秒的世界纪录,在核聚变研究进程中树立了新的里程碑。
在此次运行实验中,WEST 装置的氢等离子体展现出了惊人的稳定性,其温度最高达到了 5000 万摄氏度,加热功率为 2MW。这样的成绩意味着人类在可控核聚变研究方面又迈出了坚实的一步,为未来实现聚变能源的实际应用带来了新的曙光。
WEST 装置的前身是 Tore Supra,其研发历程可追溯至 1976 年,彼时全球对于核聚变能源的探索才刚刚起步,Tore Supra 的初始研究计划宛如在黑暗中点亮的第一束光,为后续的研究奠定了基础。1980 年,Tore Supra 的建造工作正式启动,科研人员们怀揣着对未来能源变革的美好憧憬,全身心投入到这个承载着无数希望的装置的打造中。从 1982 年至 1988 年,项目进入关键的线圈制造和磁体组装阶段,每一个零件的加工、每一次线路的连接,都凝聚着科研人员们的无数心血。1988 年,Tore Supra 成功产生第一等离子体,标志着它正式踏入核聚变研究的大门,开启了一段充满挑战与奇迹的征程。
此后,Tore Supra 不断在探索中突破自我。1993 年,它成功实现了 120 秒的长脉冲放电,且等离子体温度达到 2000 万摄氏度,这一成果使它成为世界上首个实现高参数准稳态运行的托卡马克装置,瞬间吸引了全球科研界的目光,令众人为之振奋。1996 年,Tore Supra 更是以 280MJ 的循环能量成功将等离子体持续运行了 2 分钟,再次用实力证明了自身在核聚变研究领域的领先地位。2001 - 2002 年,Tore Supra 如同一位在战斗间隙抓紧时间强化装备的勇士,进行了升级改造,为后续的研究工作提供了更强大的硬件支持。2003 年 12 月,升级后的它成功将等离子体维持了 390 秒,创造了新的记录,进一步巩固了其在核聚变研究领域的优势。2008 年,Tore Supra 首次应用具备视觉诊断功能的 AIA 机器人,这一创新举措为研究过程提供了更精准的数据支持,极大地推动了研究的深入开展。
2013 年,Tore Supra 完成了一次华丽的转身,正式更名为 WEST。从这一刻起,它将研究重点专注于全钨偏滤器在长时间等离子体运行中的表现以及长脉冲稳态运行的探索。同年 6 月,第一批 WEST 组件开始投入生产,标志着其全新征程的正式开启。2014 年 10 月,WEST 真空容器的第一批组件开始进行组装,科研人员们小心翼翼地拼接着各个部件,仿佛在搭建一座足以改变世界能源格局的巨型积木。
2016 年 12 月,WEST 首次产生等离子体,这一重要成果为后续的深入研究奠定了坚实的基础。2017 - 2019 年,WEST 进行了第一阶段的运行,期间共开展了 4 次实验活动(C1 - C4),通过这些宝贵的实验,WEST 积累了大量丰富而详实的经验,为后续的研究工作提供了有力的数据支撑和实践指导。2023 年 6 月,WEST 正式开启第二阶段的实验活动,向着更高的目标奋勇迈进。2024 年 5 月,WEST 在 5000 万摄氏度的稳态温度下,成功将等离子体持续运行了 364 秒,展现出了其卓越的性能和强大的潜力。而在 2025 年 2 月 12 日,WEST 更是成功将等离子体状态维持了 1337 秒,创造了新的辉煌成就,成为核聚变研究领域的焦点。
WEST 装置能够取得如今举世瞩目的成就,背后离不开强大的科研团队支持,CEA 及其下属的磁约束聚变研究所(IRFM)便是这一伟大成就的核心推动力量。CEA 成立于 1945 年 10 月,在成立后的几十年间,凭借其卓越的科研战略布局和对科研人才的强大吸引力,迅速发展壮大,逐步成长为科研界当之无愧的 “巨无霸”。如今的 CEA 拥有超过 2 万名来自不同专业领域的员工,这些专业人才如同精密机器中的各个齿轮,紧密协作,共同推动着 CEA 在科研道路上稳步前行。其年度研发经费预算超过 59 亿欧元,如此雄厚的资金支持,使得 CEA 得以在多个科研领域全面发力,开展广泛而深入的研究工作,成为科研领域中名副其实的 “全能选手”。在核聚变能源研究这一充满挑战与机遇的赛道上,CEA 凭借其丰富的资源储备和强大的科研实力,始终保持着领先地位,发挥着中流砥柱的关键作用。
IRFM 作为 CEA 基础研究部的 “王牌” 研究所之一,其地理位置十分优越,坐落于法国南部的 Cadarache,与 ITER 项目的所在地相距不远,这一得天独厚的地理优势使得 IRFM 能够与 ITER 项目团队随时保持密切的交流与合作,方便双方及时分享经验和技术,共同攻克核聚变研究过程中遇到的各种难题。IRFM 汇聚了近 300 名来自等离子体物理、材料科学、工程技术等不同领域的科研精英,这些科研人员怀揣着对核聚变能源梦想的执着追求,如同勇敢的战士一般,在各自擅长的领域默默耕耘、深耕细作。他们不仅肩负着 WEST 装置从研发、运行到维护的重任,还积极投身于 ITER 项目的研究工作中。在 ITER 项目中,他们充分发挥在 WEST 装置研究过程中积累的丰富经验和先进技术,为 ITER 装置的建设和研究提供了强有力的支持,为全球核聚变能源研究事业的发展贡献着自己的智慧和力量。
在全球核聚变研究的璀璨星空中,WEST 装置和中国的 EAST 装置无疑是最为耀眼的两颗 “双子星”。它们虽然来自不同的国家,却有着共同的目标 —— 探索核聚变能源的奥秘,为人类未来的能源供应寻找可持续的解决方案。然而,由于各自的研发背景和科研侧重点不同,这两颗 “双子星” 在研究方向和技术特点上展现出了明显的差异,各有各的独特 “闪光点”。
EAST 装置是中国科研人员自主设计建造的 “国之重器”,它坐落于安徽合肥,其诞生凝聚了中国科研人员多年来的不懈努力和无数心血。从最初的设计理念构思,到具体的工程设计方案制定,再到实际建造过程中的每一个环节,都经过了无数次的严谨论证和精心优化。EAST 装置宛如一位专注于 “内功修炼” 的大侠,侧重于探索和优化先进的等离子体运行模式。
通过自主研发的全超导托卡马克结构,EAST 装置能够实现对等离子体的精确控制,就像一位技艺高超的舞者,在微观世界的舞台上轻盈地操控着等离子体的每一个动作,使其按照预定的轨迹和参数进行运行,为核聚变反应的顺利进行创造了极为有利的条件。在过去的科研历程中,EAST 装置取得了一系列令人瞩目的成就,例如在 2025 年 1 月 20 日,成功实现了上亿摄氏度 1066 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,创造了当时的世界纪录,这一成果充分展示了其在等离子体控制和运行方面的卓越能力,也为中国在核聚变研究领域赢得了国际声誉。
WEST 装置则更像是一位执着于 “武器升级” 的战士,将研究重点聚焦于全钨偏滤器相关研究上。其独特的单零偏滤器结构,在偏滤器区域展现出了显著的优势,有利于实现更好的等离子体分离和杂质排出。这就好比在一场激烈的战斗中,WEST 装置能够迅速而有效地清除战场上的 “杂质”,为核心战斗区域创造一个更加纯净、稳定的环境,从而确保核聚变反应能够在最佳条件下进行。
在此次打破世界纪录的实验中,WEST 装置的全钨偏滤器结构发挥了重要作用,为实现长时间的等离子体稳定运行提供了坚实的保障。在技术参数方面,WEST 装置目前等离子体持续时间达到了 1337 秒,加热功率为 2MW;而 EAST 装置曾创造 1066 秒的等离子体持续运行纪录,加热功率可达 10MW 以上。可以看出,两者在不同的技术指标上各有所长,在核聚变研究的道路上相互竞争又相互促进,共同推动着人类对核聚变能源的认识不断深入。
WEST 装置此次取得的重大突破,仅仅是核聚变研究宏伟蓝图中的一个精彩篇章,但它却如同一束明亮的曙光,为我们照亮了未来能源发展的道路,让我们看到了核聚变能源的无限可能。
从 WEST 装置自身的发展规划来看,在未来几个月内,科研团队计划进一步挑战极限,将等离子体持续时间提升至数小时级别。这一目标的实现将极大地拓展我们对等离子体长时间稳定运行的认识,为未来核聚变反应堆的设计和运行提供更为丰富和可靠的实践经验。同时,科研人员还将继续致力于提高等离子体温度,向着 ITER 预期的等离子体温度目标发起冲击。更高的等离子体温度意味着更接近核聚变反应的理想条件,有望进一步提高核聚变反应的效率和能量输出,为实现核聚变能源的商业化应用奠定坚实的基础。
在诊断技术创新方面,普林斯顿等离子体物理实验室的科研团队正在为 WEST 装置 “量身定制” 新型 X 射线探测工具,其中包括 “多能量硬 X 射线(ME - HXR)相机” 和 “紧凑型 X 射线成像晶体光谱仪(CXICS)”。这些新型工具犹如给科研人员装上了一双 “透视眼”,能够更精确地测量等离子体的密度、磁场等关键参数,为研究工作提供更全面、更准确的数据支持。通过这些先进的诊断技术,科研人员可以深入了解等离子体内部的物理过程,揭示其中的奥秘,从而为优化核聚变反应条件、提高装置性能提供有力的理论依据。随着科技的不断进步,未来还将有更多创新的诊断技术应用于核聚变研究领域,让我们能够更加清晰、深入地 “看清” 等离子体的奥秘,推动核聚变研究不断取得新的突破。
在材料与部件研究领域,WEST 装置将继续深入优化钨材料性能,着力解决钨材料在极端条件下出现的一系列问题,如钨原子的溅射、熔化等。这些问题严重影响了钨材料在核聚变装置中的使用寿命和性能稳定性,是实现核聚变能源实用化过程中必须攻克的难题。同时,科研人员还将积极探索新型材料,寻找具有更高热导率、更低氚滞留率、更好抗辐照性能的材料。这些新型材料的研发和应用将为未来核聚变反应堆的设计和建造提供更多优质选择,有助于提高反应堆的安全性、可靠性和经济性,推动核聚变能源早日从实验室走向实际应用。
更为重要的是,WEST 装置作为核聚变研究领域的重要实验平台,还将为 ITER 及未来聚变堆提供关键技术验证和宝贵的运行经验。ITER 项目作为全球核聚变研究的重要合作项目,汇聚了众多国家的科研力量和资源,其目标是建造一个能够实现大规模核聚变反应的实验堆,为未来核聚变能源的商业化应用提供技术示范。WEST 装置在全钨偏滤器研究、等离子体长时间稳定运行等方面取得的成果,将为 ITER 项目的顺利推进提供重要的参考和借鉴,有助于 ITER 项目更快、更好地实现其科研目标。而对于未来聚变堆的设计和建造,WEST 装置的实验数据和运行经验也将发挥不可或缺的作用,为其提供关键的技术支撑和实践指导,推动人类在核聚变能源领域不断迈出坚实的步伐。
可以想象,在不久的将来,随着核聚变技术的不断成熟和完善,核聚变能源或许会像如今的电能一样,广泛地走进千家万户,为人类社会的可持续发展注入源源不断的强大动力。它将彻底改变我们现有的能源格局,解决长期以来困扰人类的能源危机和环境污染问题,为地球的未来带来一片光明。然而,我们也必须清醒地认识到,实现核聚变能源的大规模应用仍然面临着诸多挑战,需要全球科研人员携手共进,共同努力。但无论前方的道路多么崎岖,我们都有理由相信,在全球科研人员的不懈奋斗下,核聚变能源的梦想终将成为现实,为人类创造一个更加美好的明天。
此次 WEST 装置的突破,无疑让我们距离核聚变能源的梦想又近了一步。但这仅仅是一个开始,未来还有更多的挑战和机遇在等待着我们。让我们满怀期待,共同见证在全球科研人员的齐心协力下,核聚变能源能够早日成为现实,彻底改变我们的能源格局,为人类文明的发展开启新的辉煌篇章。
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