一亿摄氏度高温下，等离子体在巨型“磁笼”中奔腾，中国科学家首次找到了突破核聚变密度极限的钥匙，让未来清洁能源的曙光愈发清晰。

　　“这就像在高速公路上开车，以前我们知道有个速度上限，超速就会出事故，但现在我们不仅知道了为什么会有这个限速，还找到了一条更安全的新道路，可以让车跑得更快更稳。”中科院合肥物质科学研究院的一位研究人员这样形容他们的突破。

　　2026年1月初，中国“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）迎来开门红——研究团队实验证实了托卡马克密度自由区的存在，成功突破了过去被认为是“绝对红线”的密度极限。

　　这项研究成果发表在《科学进展》期刊，标志着人类向实现可控核聚变能源梦想迈出了关键一步。

　　01 什么是密度极限？为什么它困扰了科学界半个世纪？

　　要理解这次突破的意义，我们得先了解什么是托卡马克装置。简单来说，托卡马克就是一个利用磁约束实现受控核聚变的环形装置，它像一个螺旋形的“磁跑道”，能够锁住高温等离子体，从而达到核聚变的目的。

　　等离子体密度是托卡马克性能的关键参数，它直接影响聚变反应的速率。对于未来实用的聚变堆而言，聚变功率与燃料密度的平方成正比，这意味着高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择。

　　然而，自从20世纪末以来，科学家们就发现了一个棘手的问题：等离子体密度存在一个极限值。一旦接近或超过这个密度极限，等离子体就会突然破裂，巨大能量在瞬间释放到装置内壁，严重影响装置的安全运行。

　　这个发现让整个国际聚变界意识到，我们面前横亘着一道看不见的“屏障”。虽然通过多年的研究，科学家们逐步明确触发密度极限的物理过程发生在等离子体和装置内壁的边界区域，但对其中的具体物理机制一直不甚清楚。

　　02 中国团队如何破解世纪难题？

　　面对这一挑战，中国科研团队独辟蹊径，发展了一种全新的理论模型——边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型。

　　科研团队发现了边界杂质引发的辐射不稳定性在触发密度极限时的关键作用，成功解析出了辐射不稳定性的边界，揭示了密度极限的触发机理，并预测了密度极限之外还存在一个密度自由区。

　　理论预测需要实验验证。在EAST装置上，研究人员依托全金属壁运行环境，利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，显著减少了装置边界的杂质溅射，有效延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生。

　　通过精确调控靶板的物理条件，团队降低了靶板钨杂质造成的物理溅射，最终引导等离子体成功突破了密度极限，平稳进入了预测中的密度自由区。

　　“实验结果与理论预测高度吻合，这让我们非常兴奋。”研究团队成员表示，“这就像是先通过理论计算预测了一个新大陆的存在，然后真的航行到了那里。”

　　03 为什么这项突破如此重要？

　　这项突破的价值不仅在于理论上的创新，更在于它对未来聚变能源实际应用的重大意义。

　　它解决了困扰国际聚变界数十年的基础物理问题。密度极限的触发机理一直被形容为“聚变研究中的幽灵”，现在中国团队成功捕捉到了这个幽灵的真实面目。

　　这项研究为未来聚变堆的高密度运行提供了重要的物理依据。要知道，在未来实用的聚变堆中，高密度运行直接关系到聚变能的经济性。能够安全地突破密度极限，意味着未来聚变堆可以产生更多的能量，大大提升其商业可行性。

　　这项成果展示了中国在受控热核聚变研究领域的国际领先地位。从HT-7到EAST，中国核聚变研究一步步走向世界前沿。

　　EAST装置作为世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，其大小半径虽然只有国际热核聚变实验堆（ITER）的1/3和1/4，但位形与ITER相似且更加灵活。

　　这次突破不仅为中国争得了荣誉，也为国际热核聚变研究提供了重要参考。

　　04 “人造太阳”的漫漫征程

　　中国的“人造太阳”梦想并非一蹴而就。回顾EAST装置的发展历程，就是一部中国科技工作者勇攀高峰的奋斗史。

　　1994年，中国第一个超导托卡马克HT-7建成，使中国进入超导托卡马克研究阶段。在此基础上，“九五”国家重大科学工程——大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置（HT-7U）在1998年立项，后来更名为EAST。

　　2006年9月28日，EAST首次物理放电实验成功。此后，它不断刷新世界纪录：2018年实现1亿摄氏度等离子体运行；2021年成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行；2023年实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。

　　2025年1月，EAST首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”，创造新的世界纪录。这些技术积累为本次密度极限的突破奠定了坚实基础。

　　值得一提的是，这项突破性工作是国际合作的结果，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等单位协作完成，并受到了国家磁约束聚变专项的支持。

　　05 未来能源的曙光已现

　　对于普通人来说，核聚变能源意味着什么？想象一下：有一天，我们能够用取自海水的氘和氚作为燃料，一升海水产生的聚变能等同于300升汽油释放的能量，而且聚变产生的废料是清洁安全的氦气。

　　这种能源几乎取之不尽，且对环境友好，将彻底解决人类的能源危机和环境污染问题。

　　当然，从科学突破到实际应用还有很长的路要走。但此次密度极限的突破，无疑是人类朝着这一梦想迈进的重要一步。

　　随着EAST装置的不断升级和完善，中国科学家们正在为解决人类面临的共同挑战贡献中国智慧。也许在不远的将来，我们真的能够用上来自“人造太阳”的清洁能源，告别对化石燃料的依赖。

　　EAST装置下一次实验运行即将开启，科研人员将继续探索密度自由区的物理特性，进一步优化控制方法，为未来聚变堆的设计提供更多关键数据。他们相信，每一次突破都会让人类离终极能源梦想更近一步。

　　随着中国在核聚变领域的持续投入和创新，世界正见证着一个能源新纪元的曙光。从海水提取燃料，到模拟太阳产生能量，这条道路虽然漫长，但每一步都坚实而有力。