核聚变研究，是人类探寻未来高效清洁能源的重要途径。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一。为验证和平利用聚变能的科学和技术可行性，包括我国在内的世界多国都在为此努力钻研。
太阳和氢弹的能量，都来自氢同位素的核聚变。但利用核聚变发电还做不到。氢弹是利用原子弹做雷管，高温高压促成核聚变。我们总不能在发电站里引爆原子弹吧？核聚变温度达到几千万摄氏度，用什么容器去盛放呢？前苏联科学家想到，用高强度的磁场做容器，来约束几千万摄氏度的带电的离子，这种模式叫“托卡马克”。
位于合肥的先进实验超导托卡马克装置（EAST），也被媒体称为“小太阳”，是我国自行设计研制的世界上第一个全超导托卡马克装置。2017年7月，该装置实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了新的世界纪录，标志着EAST成为了世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。
跨越百秒
EAST高11米、直径8米、重达400吨，是我国第四代核聚变实验装置。它的科学目标是让海水中大量存在的氘和氚在高温条件下，像太阳一样发生核聚变，为人类提供源源不断的清洁能源。
其实，氢弹是人类最早制造的人造太阳，但聚变过程不可控，它瞬间释放出的巨大能量足以毁灭一切。而EAST却能控制这一过程。
经过多年研究，科研人员成功攻克了一批国际共性难题，在世界上首次实现了5000万度等离子体，持续放电101.2秒的高约束运行，实现了从60秒到百秒量级的跨越。
在这过程中，EAST相继完成了辅助加热、钨偏滤器、等离子体物理诊断等系统的升级改造，基本解决了射频波耦合、高约束等离子体稳定性控制、等离子体与壁相互作用物理、低动量条件下加热和电流驱动下输运、杂质输运和控制等问题，为此次实现长脉冲稳态高约束模等离子体奠定了基础。
此次，EAST在以低动量注入纯射频波加热、钨偏滤器等类似国际热核聚变实验堆未来运行条件下，成功实现了全程扰动幅度较小的边缘局域模的高约束模式，有效控制了偏滤器靶板热负荷和钨杂质返流，获得了约束改善因子H98y2大于1.1的完全非感应电流稳态高性能等离子体，并通过先进磁位形的精确控制实现了等离子体运行的软着陆，验证了超高真空、低温、大功率电源、超导磁体、射频波和中性束加热、计算机控制和数据采集等系统稳态运行的能力。
EAST创造的跨越百秒的世界纪录，表明我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿，进一步提升了EAST在国际磁约束聚变实验研究中的重要地位，其成果将为未来国际热核聚变实验堆长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持。
逐梦人造“太阳”
EAST实验先后创下多项托卡马克运行的世界纪录：2012年实现30秒高约束等离子体放电；2016年获得60秒的完全非感应电流驱动（稳态）高约束模等离子体。
与此同时，EAST的成功建设和运行获得国内外专家的高度赞誉，“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！”《自然》杂志和《科学》杂志分别评价：“中国创造了聚变历史”“在这里科学价值得到极大体现”。
研究可受控聚变，可谓是人类漫长的“夸父逐日”。据了解，截至目前托卡马克装置都是脉冲式的，等离子体约束时间很短，大多以毫秒计算，个别可达到分钟级。因此，还没有一台托卡马克装置能够实现长时间的稳态运行。
包括中国、美国、法国等国家在内的科学家尽管都在聚变研究上取得了一些突破，但越来越多的研究者们意识到，仅靠一国之力，很难完成受控聚变实验堆的任务，国际热核聚变实验堆（ITER）计划由此而生。这一计划又被称为“人造太阳”，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，其目标是在和平利用聚变能的基础上，探索聚变在科学和工程技术上的可行性。
据介绍，高约束模是ITER的基本运行模式，为实现稳态运行并达到有效的偏滤器热量排除，ITER将采用射频波主导的低动量注入运行模式以及主动水冷的钨偏滤器结构。而EAST是目前世界上唯一具备这两大特色且具有长脉冲运行能力的全超导托卡马克，其稳态运行模式将为ITER和未来反应堆提供重要参考。而此次这一里程碑式的突破，更加表明在稳态运行的物理和工程方面，我国磁约束核聚变研究走在国际前沿。
目前，中国科学家正在研究下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆（CFETR），它的建设、运行和人才培养，必然会汲取EAST的宝贵财富。核聚变技术的突破，将源自欧洲、中国还是美国？无论是哪一国的成功，都意味着全人类的福利。■