403秒！第122254次实验！4月12日21时，一项新的世界纪录诞生——正在运行的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现了403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，刷新了2017年托卡马克装置高约束模式运行101秒的纪录。
模拟太阳产生能量的原理，在地球上建造能够可控并持续反应的核聚变装置——“人造太阳”，是人类终极能源梦想。但要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿℃的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1兆安的等离子体电流，挑战极大。为此，全球科学家已经努力了70多年，中国科学家则为此奋斗了40多年。
抱着“板凳要坐十年冷”的决心，中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”创新团队在40年的核聚变征途中不断冲破极限，一路从跟跑到并跑，再到如今部分核心技术领跑，历经十二万多次实验终于创造出新的世界纪录。
▲4月12日晚21时，EAST实验现场（王夙素/摄）
从1亿度到-269度1.2米之间的“冰火两重天”
一般物质达到10万℃时，原子中的电子就会脱离原子核的束缚，形成等离子体。太阳可以维持几十亿年发光发热，靠的就是核聚变。然而，要在地球上实现可控核聚变却非常困难。
上世纪50年代，苏联科学家建成了第一个托卡马克装置——由封闭磁场组成“容器”，可以把炙热的等离子体“托举”到半空中持续加热。这个方法被视为探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效途径。
上世纪70年代末，位于合肥蜀山湖畔的等离子体物理研究所将已停机的苏联托卡马克装置T-7引入国内进行改造。1994年12月，由T-7改造成的超导托卡马克装置HT-7首次获得等离子体，成为中国第一代超导托卡马克装置。
在此基础上，等离子体所的科学家又提出了新的升级改造计划——“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”计划。项目于2003年10月更名为EAST，即“东方超环”。
直径8米、高11米的东方超环看起来就像个巨大的锅炉。在它内部，同时承载着1亿℃（等离子体）的超高温和-269℃（超导体）的超低温，而两个极端温度间的最短距离仅为1.2米，可谓“一米之外，冰火两重天”。
▲全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)（王夙素/摄）
从等离子体所创始人陈春先，到引入T-7的中科院院士霍裕平，再到潘垣、万元熙、李建刚、万宝年等几位院士的带队引领，EAST大科学工程团队40多年坚守在“人造太阳”这条漫长而艰辛的道路上攻坚克难。
2006年，东方超环正式建成，成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。此后的17年间，EAST大科学团队推动中国的“人造太阳”一次次冲破极限，逼近核聚变所需的严苛条件：2017年，东方超环创造了101.2秒高约束等离子体运行的世界纪录；2018年，实现了等离子体中心电子温度1亿℃的稳定运行；2021年，成功实现可重复的1.2亿℃101秒和1.6亿℃20秒等离子体运行……
东方超环的成功建设和运行赢得了国内外专家的高度认可。它先后两次获得国家科学技术进步一等奖，四次获得中国国际科技合作奖。国际学术界称它“是世界聚变工程的非凡业绩，是世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑”。
自主发展68项关键技术
建设资金最少、建设速度最快
然而，在东方超环项目启动之初，摆在EAST团队面前的是一条前途未知的荆棘路。超大电流、超强磁场、超高真空……一个个“拦路虎”背后，是许多关键技术由发达国家掌握的“卡脖子”困境。
2000年，项目刚启动，就被超导材料研制泼了凉水。超导材料是东方超环成为世界第一个全超导装置的基础——没有它，装置就建不成。而要实现超导，必须让长度达到公里级、粗细却只有0.8毫米的超导线没有任何折断甚至细微的裂缝。面对这个难题，连请来的国外专家都束手无策，这让团队成员急得吃不下饭。
怎么办？只能靠自己，迎难而上。在尝试无数种方案后，团队最终做到每一根上千米长的超导线都能够100%不断线。
“没有路，就砍出一条路。”在EAST建设期间，团队很多人吃住在实验室，几乎分不清白天黑夜，有人笑称练就了“军大衣一盖就能睡着，实验喇叭一响马上就醒”的特殊能力。当EAST总装“号角”吹响，各项系统部件陆续就位，20项大的子系统、数百名工作人员同时作战。
在科研经费有限的条件下，在相对简陋的实验室里，EAST大科学团队自主研发了68项关键技术，建成了20个大系统，完成装置建设并实现工程调试一次性成功。与国际同类项目相比，东方超环建设资金最少、建设速度最快，具有完全自主知识产权。
▲2023年4月12日晚21时，EAST实验现场（王夙素/摄）
走向世界聚变舞台中央
“中国设计”应用于国际大科学工程
怀揣梦想，EAST大科学团队逐步走向世界聚变舞台的中央。2006年，东方超环加入全球规模最大、影响最为深远的国际热核聚变实验堆计划（ITER），成为ITER中国工作组的重要成员。
团队承担了超导导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断等部件或装置研制。最后，所有承担的部件研发任务做到了100%合格、100%国产化，产品质量和进度均处于ITER七方30多个国家之首。
凭借领先的研发工艺和质量标准，团队还通过国际竞标，赢得了欧盟难以完成的大型超导磁体建造任务——面对这个直径超10米、总重400吨的超级线圈，中国团队用百余项行业标准和上千个控制节点保证了绝缘质量的零缺陷。
国际竞争，拼的是硬实力。凭借东方超环领先的技术优势，团队修正了法国主导的ITER电源和日本主导的超导馈线设计方案的严重缺陷，实现了向欧美发达国家的技术输出，让“中国设计”应用于国际大科学工程。如今，东方超环成为国际磁约束聚变装置中最前沿的国际开发平台之一，40多个国家和地区与之开展广泛交流合作。
目前，下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆已完成工程设计，未来瞄准建设世界首个聚变示范堆。打开“人造太阳”的梦想之门，已不再只是远方。
作者：叶华龙 许琦敏
图片：王夙素
责任编辑：任荃
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