中国托克马克的102秒，世界热核研究的一大步

良性竞争向来是推动前进的动力。中国EAST托克马克和德国7-X仿星虽然不完全像绿茵场上的梅西对阵C罗，但是这一对的竞争将来有一天点亮的不光是一颗科技树，还有可能是全世界能源。仿星7-X在上上星期成功点火四分之一秒，便上了全世界的头条，现在中国物理科学院的科学家们便施展拳脚，把自己的托克马克坚持了前无古人的102秒。

几十年来，类似中国EAST托克马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)的试验反应堆一直在追求低廉搞笑的能量产出。在这些甜甜圈形状的舱室里，氢气被加温至可以匹敌太阳内核的温度，用强大的磁场来限制产生的等离子体。如果能随心所欲地把等离子气体限制在一个区域，核聚变就能在可控的环境下为人类提供用之不竭的能源。

在这次中国物理科学院的试验中，等离子体加温至5000万开氏度(三倍于太阳内核温度)，并且保持了102秒。托克马克或者仿星7-x的原理，说到底就是模仿恒星内部的环境，让氢原子核互相撞击和融合在一起成为氦原子。聚变之后，两个高能量的原子核为了保证新生原子的稳定，会释放出一部分自带的能量来达到一个低能量态(编者注：“早晨起来爬山坡，爬到山坡想唱歌，歌声唱给妹妹听，听完歌声滚下坡”基本描述了这个过程)。这部分释放的能量，单位反应质量远远比裂变释放的能量大。而且由于聚变的条件苛刻，任何的反应堆问题都会导致聚变的停止，所以相比起时时暴走的裂变堆，聚变堆的安全性是可控的。EAST托克马克的目标是维持1亿开氏度的环境1000秒。只有这样持续的可控聚变才有条件。

图1. 中国的EAST托克马克内部

其实拨开EAST团队闷声发大财的习惯，中国的托克马克在仿星7-X开始建设之前就超过的其四分之一秒的成绩。2013年，EAST团队在报告中说明了持续30秒的细节。这份报告中，科学家们说由于使用了新型磁场线圈和内部涂层，等离子体能很好地在舱室的中间维持，而不会很快飘向舱壁从而瓦解。与此同时，完全不同于托克马克的新设计，即“仿星 ”反应堆被验证可以以全新的方式稳定等离子体。使用这种设计的仿星7-x，用扭曲的内仓和磁场线圈来推动等离子体。非平直的磁场可以在环形中施与离子平稳的作用力，将其稳定在舱室中间。

图2. 科学家们在EAST托克马克中把5000万开氏度的等离子体维持了102秒。图为101.9秒的舱内情况

仿星7-x使用了50条超导线圈来产生和调控磁场。相比原始版托克马克，7-x的设计不仅仅是提供短促的等离子体环境。上周初次点火时，超过2兆瓦的微波脉冲将氢气提升到8000万开氏度。虽然仿星7-x初次点火只有四分之一秒，但是是核聚变的新开端。仿星团队的目标是在四年内逐步提升到30分钟。

虽然EAST托克马克和仿星7-x打得你来我往，风生水起，各自引领聚变界的先锋，但只用点火时间长短来衡量各自的成绩显然不公平。澳大利亚等离子研究中心资深工程师马修?霍尔说，衡量两方的成就，有很多因素要考虑在内：“就两者的自身进步来讲，双方都创造了历史，但是两个的设计考虑和磁场约束方式都不同，一个用了扭曲磁场，一个用直通甜甜圈设计。虽然两者设计和参考方式不一样，但是衡量指标，比如点火时长，温度，压力，密度和约束能力，都是一样的。下一步引领核聚变的，该是ITER了。”

ITER，国际热核试验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor)，建成后将会是世界上最大的托克马克设计。集合35个国家的科研力量，ITER将会在2027年初次点火，并且有望成为第一个能产生能量输出的热核聚变反应堆。