當(dāng)一億攝氏度的等離子體在環(huán)形磁場(chǎng)上奔騰，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的科學(xué)家們正在解開一個(gè)困擾國(guó)際聚變界數(shù)十年的“緊箍咒”。1月2日，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）宣布突破性發(fā)現(xiàn)：科研團(tuán)隊(duì)不僅證實(shí)托卡馬克密度自由區(qū)的存在，更揭示了邊界雜質(zhì)輻射不穩(wěn)定性的觸發(fā)機(jī)制，這項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的研究，相當(dāng)于為磁約束聚變裝置找到了高密度運(yùn)行的“安全閥調(diào)節(jié)密碼”。

這個(gè)被稱作“人造太陽(yáng)”的裝置，本質(zhì)上是一個(gè)直徑8米的巨型螺旋磁跑道。它通過(guò)超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，將高溫等離子體束縛在環(huán)形真空室內(nèi)。但就像給龍卷風(fēng)套上韁繩，隨著等離子體密度增加，磁場(chǎng)約束會(huì)突然失效——這種現(xiàn)象被稱為“密度極限”。過(guò)去半個(gè)世紀(jì)，全球科學(xué)家始終無(wú)法解釋為何達(dá)到臨界密度時(shí)，等離子體會(huì)像脫韁野馬般撞向裝置內(nèi)壁。

EAST團(tuán)隊(duì)發(fā)展的PWSO理論模型給出了答案。他們發(fā)現(xiàn)邊界區(qū)域就像核聚變的“風(fēng)暴眼”，當(dāng)雜質(zhì)積累引發(fā)輻射不穩(wěn)定性時(shí)，會(huì)形成連鎖反應(yīng)導(dǎo)致約束崩潰。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)直接顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知：密度極限并非由等離子體核心決定，而是取決于邊界區(qū)域的“微氣候”。該成果使我國(guó)首次掌握主動(dòng)調(diào)控密度極限的能力，為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）提供了關(guān)鍵設(shè)計(jì)依據(jù)。

《科學(xué)進(jìn)展》期刊評(píng)審專家指出，這項(xiàng)研究解決了磁約束聚變領(lǐng)域“最頑固的瓶頸之一”。相比其他國(guó)家仍在探索現(xiàn)象描述，中國(guó)團(tuán)隊(duì)已深入到物理機(jī)制層面。這標(biāo)志著我國(guó)在受控核聚變研究上，實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”再到局部“領(lǐng)跑”的跨越。EAST裝置負(fù)責(zé)人透露，新發(fā)現(xiàn)已應(yīng)用于2023年實(shí)驗(yàn)，成功將等離子體密度提升15%而不引發(fā)破裂。

核聚變界將此次突破類比為“發(fā)現(xiàn)新能源大陸的航海圖”。密度極限的破解，意味著未來(lái)商用聚變堆可以更小更高效——就像把燃油發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)為渦輪增壓。中科院院士評(píng)價(jià)稱，該成果使我國(guó)在通往“終極能源”的道路上搶占了關(guān)鍵制高點(diǎn)，為2035年聚變工程實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)掃清了重大理論障礙。

在安徽合肥的“科學(xué)島”上，EAST裝置正持續(xù)刷新世界紀(jì)錄。從1.2億攝氏度101秒到1億攝氏度千秒運(yùn)行，再到如今攻克密度極限，中國(guó)團(tuán)隊(duì)用二十年時(shí)間走完了發(fā)達(dá)國(guó)家半個(gè)世紀(jì)的路程。正如等離子體所青年科學(xué)家所言：“我們不是在追趕太陽(yáng)，而是在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造新的太陽(yáng)?！边@項(xiàng)看似深?yuàn)W的基礎(chǔ)研究，或許正在為人類打開下一個(gè)能源紀(jì)元的大門。