如果有一天，你可以利用随手捞起的一杯海水提供的能量，来点亮整个城市的灯光，你会不会觉得这像是神话？但在科学家眼中，这并不是遥不可及的梦想，而是“人造太阳”——可控核聚变技术为人类描绘的未来。

就在刚刚过去的1月20号，这样的未来离我们又更近了一些。中国的“人造太阳”，全超导托卡马克核聚变实验装置EAST，在安徽合肥首次完成了1亿摄氏度1000秒的“高质量燃烧”，创造出了一个全新的世界纪录。

可1亿摄氏度、1000秒高质量燃烧，到底是一个怎样的概念？就好比获得一团相当于太阳核心温度的等离子体，并让它稳定燃烧超过16分钟，相当的不可思议。这意味着，我国向实现聚变发电又迈进了一步。

要知道， 维持这团等离子体稳定燃烧并不容易。它就像一只桀骜的野兽，稍有不慎就会失控。为了驯服它，科学家不仅需要“笼子”，还需要“缰绳”。其中的“笼子”就是我们今天的主角——托卡马克装置， 它用强大的磁场来把这团超高温等离子体锁在其中，为原子核创造出能够“拥抱”在一起的条件，从而可以在聚变后释放出巨大的能量。而“缰绳”则是专门用来在其中与极端条件对抗的高约束运行模式了，有了它，咱们的人造太阳才会持续稳定发光。

那究竟什么是“高约束运行模式”呢？简单说，它是一种极高效率的等离子体运行方式。在这种模式下，等离子体内部的能量和粒子能被更有效地约束，维持更高的温度和密度，为核聚变反应提供了更为理想的环境。你可以想象一个“装满蒸汽的高压锅”，高约束模式就是在“锅盖”内壁形成了一层“蒸汽护罩”，将能量更好地困在内部，防止外泄。然而这个护罩并不是天然存在的，它是由科学家用精密的磁场调控“设计”出来的。它的出现，曾经被誉为托卡马克研究的一次革命，但要维持它则极为困难。因为它面临至少三大挑战。

第一个挑战，是一种具有破坏性的被称为边缘局部模式的现象。它是高约束模式运行时经常出现的“副产品”。简单来说，这是边界屏障区域等离子体突然释放能量和粒子的现象。这些“小火山喷发”会对反应堆内壁造成巨大压力，长期下来甚至可能损坏设备。

第二个挑战来自耐高温耐侵蚀材料。反应堆内壁材料需要经受数千万摄氏度的热冲击，同时抵抗等离子体粒子的侵蚀。当前的材料技术只能勉强支撑，离理想状态还有差距。

第三，这种高约束模式的控制难度相当高。磁场需要实时调整，以保证等离子体在高约束模式下保持稳定。一旦调控失败，等离子体可能失控，甚至导致装置停机。

而1月20号我国的EAST之所以能完成1亿摄氏度1000秒的高质量燃烧，其成功的核心主要就在于对以上关键技术的突破：通过优化磁场配置，科学家进一步提升了高约束模式的运行稳定性，成功减少了边缘局部模式的影响，使得等离子体能够长时间保持高温燃烧。我国自主研发的新型内壁材料和冷却系统，大幅提升了设备对极端条件的适应能力，延长了设备的运行寿命。这些技术突破为未来商用核聚变装置的研发积累了宝贵经验，让理论开始真正走向工程实践。也使我国在核聚变领域确立了全球领先的技术优势，为后续国际合作和自主研发打下了坚实基础。

那这是不是意味着，我们很快就能用上这种无限、清洁、安全的终极能源了。

尽管EAST的成就令人振奋，但它本身并不能实现核聚变，而要寄希望于下一代的“中国聚变工程实验堆（CFETR）”来实现真正意义上的氘氚核聚变，未来核聚变的商业化依然面临巨大挑战。首当其冲的是能量增益问题——目前实验装置的能量输入远大于输出。而要实现商用核聚变，我们必须让装置“自给自足”并产生盈余才行。其次，建设和运行核聚变装置的成本极高，而商业化则必须要找到降低成本的途径。最后是长期稳定性，EAST的1000秒是个巨大的突破，但它也就是1000秒而已呀。作为商业发电装置，它必须要日复一日稳定的运行才能创造价值。所以可以看出，这之间的鸿沟，仍然巨大。

乐观估计，核聚变商业化可能还是需要20到30年。

兴奋过后，好像可控核聚变“永远再等30年”的魔咒还是没有解开嘛。但不用失望，我们可以肯定的是，每一次实验的成功都在加速这一进程。EAST的这次世界纪录，不仅仅是一次技术的突破，更是人类能源梦想的缩影。从实验室的“一瞬高温”到“长时间燃烧”，每一步都在缩短核聚变能源走向现实的距离。未来，当核聚变真正实现商业化，当我们迎来一个清洁、无忧的全新能源时代。到那时，EAST的每一秒燃烧，都会成为历史书上的光辉注脚。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：火箭叔 科普作者

审核：罗会仟 中科院物理所 研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

责任编辑：李娇