中國聚變挺進燃燒實驗！近日，位於四川成都的新一代人造太陽“中國環流三號”首次實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度，綜合參數聚變三乘積大幅躍升，這是中國可控核聚變向工程化應用邁出的重要一步。那麼，燃燒實驗后的下一步是什麼？距離實現可控核聚變還有多遠？對此，“中國環流三號”總設計師鐘武律在社交平臺上撰文釋疑。

鍾武律表示，“雙億度”節點標誌著我國在聚變能研發的道路上成功跨越了一道關鍵門檻——我國聚變裝備具備了聚變燃燒相關的高參數運行能力。

核聚變之所以能夠實現，本質上就是要讓原本獨立的原子核克服重重阻礙合為一體；而想要利用可控核聚變提供源源不斷的能源，就需要讓它們不斷地發生碰撞，這一過程需要滿足極為苛刻的條件。衡量核聚變裝置及核聚變研究的水準，主要看三個參數：原子核溫度（也就是燃料的離子溫度）、等離子體密度和能量約束時間，這三項參數的乘積達到一定數值就可以實現核聚變反應，也即著名的“聚變三乘積”。

鍾武律解釋稱，“聚變三乘積”里有兩個參數的提高與等離子體電流直接相關，一個是等離子體的密度，一個是能量約束時間。“我們從大量的實驗中得到一個規律，就是它會正比於等離子體電流，所以上一次我們實現百萬安培等離子體電流放電，就意味著密度和能量約束時間都可以提高很多。第三個參數就是原子核的溫度，也和電流有關係，但核心還依賴於我們的加熱系統。而這一輪實驗我們加熱系統的能力、整個裝置的運行控制水準有了大幅提升，可以有效地把原子核溫度進一步提升，就意味著‘聚變三乘積’可以提升很多。”

他強調，實現核聚變是一場漫長的科技馬拉松，需要持續攻關。尤其是原子核和電子溫度都要突破1億度以上，其中的挑戰很大。中核集團核工業西南物理研究院自主研發了高功率的中心束加熱系統，以及高功率的微波迴旋管。“過去這些都是依賴於國外，目前我們完全可以自主設計、建造、調試，實現了國產化。等離子體的溫度高了以後，會‘不老實’，存在不穩定性，我們突破了運行控制難點，有效控制住了等離子體。”為了準確測量溫度，該團隊自主研發的三光柵精密光譜儀，測量原子核溫度的精確度優於國際同行兩倍。

中國環流三號

到底什麼是燃燒實驗？燃燒實驗將在什麼時間進行？

鍾武律進一步解釋道，要實現核聚變，原子核的溫度要超過1億度。達到這個溫度后加入燃料，如果加入燃料，就可以發生大規模聚變反應，這次實驗的成果就意味著具備開展燃燒實驗的基本條件了，這個門檻已經邁過去了。美國、歐盟的兩個托卡馬克裝置曾經實現燃燒實驗，但均已退役，目前在運行的裝置裡面，還沒有開展燃燒實驗的。“燃燒實驗這個時間點，我們希望能夠通過兩三年的時間，全面升級整個裝置，然後再實現堆芯級參數的運行。”

他表示，可控核聚變要實現商用，要走過大約6個階段，從全球的聚變能研發進程來看，基本實現了征途過半。

第一階段是原理的探索，把原理走通；第二階段就是要開展規模實驗，要得到大量的數據，獲得一些規律；第三階段就是要開展燃燒實驗，實現聚變反應、獲得聚變功率；第四階段，就要建造實驗堆；第五階段，示範堆；最後就是商用堆。

目前，從全球來看正處於燃燒實驗堆過渡的階段。對於中國來說，首先得開展燃燒實驗、獲得聚變功率，下一步要建造聚變堆，開展相關工程技術的驗證，來支撐在本世紀中葉實現聚變的商用。

“我們目前實驗裝置也才發揮40%左右的能力，下一步，我們對整個裝置進行全面升級以後，將會達到我們的設計目標，聚變實驗，優化運行方案，探索如何更加有效地提高‘聚變三乘積’，同時可以研究比如說阿爾法粒子的一些行為等前沿物理問題。然後，我們就要把聚變功率放大，讓聚變功率的輸出大於輸入的功率，這是未來我們商用要實現的一個目標。”鍾武律展望稱。