可控核聚变技术突破 - 中国科研团队在可控核聚变研究上取得关键突破 成功破解了困扰世界聚变界约40年的“密度极限”难题[1] - 团队从理论上发现“边界杂质”是导致等离子体不稳定的元凶 并在EAST装置上通过“精准微操”成功引导等离子体进入更安全、更宽阔的“密度自由区”[3] - 这一突破相当于为未来聚变反应堆通往更高性能运行开具了“安全通行证”[1][4] 技术突破的意义与影响 - 提高等离子体密度直接关系到未来聚变能的成本 密度提高一点 功率成倍增长 意味着更少的燃料、更小的装置和更多的能量 目标是让聚变能变得廉价可用[5] - 此次突破不只是打破物理参数纪录 更是为聚变能走进千家万户扫清了关键的科学障碍[5] - EAST装置此前已实现将上亿度的等离子体稳定约束1066秒（接近18分钟）的“稳态控制” 为挑战更高难度问题奠定了基础[6] 主要技术路线对比 - 美国团队采用“工程突击”路线 利用国家点火装置NIF进行激光轰击 追求单次“能量净增益”的“暴力美学”[7] - 中国主导的磁约束托卡马克路线 则专注于解决如何持久、稳定地约束上亿度等离子体 致力于打造一个能让聚变反应持续、安全燃烧的“磁场容器”[7][8][9] - 两种技术路径目标一致 旨在实现可控核聚变的商业化应用[9] 行业发展前景与里程碑 - 行业专家共识认为 聚变商业化必须找到既可行又经济的路子[10] - 一个关键行业里程碑是 预计在2030年左右 有望见证“核聚变点亮的第一盏灯”[11] - 从EAST到正在总装建设的BEST 核心目标是实现“太阳”的持续、安全燃烧 最终目标是将聚变能送入人类的能源网络[9][11]

核心观点 - 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在物理实验中取得重要成果，首次通过实验证实了托卡马克“密度自由区”的存在，并揭示了触发“密度极限”的物理机制 [1][2] 实验装置与背景 - 实验依托被称为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）进行 [1] - 对于未来聚变堆，聚变功率与燃料密度的平方成正比，因此高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择 [1] - “密度极限”是20世纪末发现的纯经验定标，超过此极限的运行会引发等离子体破裂，巨大能量瞬间释放到装置内壁，影响安全运行 [1] - 国际聚变界此前虽在特定条件下获得了超密度极限运行，并明确触发过程发生于边界区域，但对其中物理机制并不十分清楚 [1] 理论与模型突破 - 科研团队发展了一种新的理论模型——边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型 [2] - 通过该模型，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 [2] - 该模型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的密度自由区 [2] 实验方法与成果 - 研究人员依托EAST装置的全金属壁运行环境，利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生 [2] - 通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质造成的物理溅射，让等离子体成功突破了密度极限，并平稳进入了预测中的密度自由区 [2] - 实验结果和PWSO理论预测高度吻合，首次证实了托卡马克密度自由区的存在 [2] 研究成果发表 - 相关研究成果于2026年1月1日发表在国际学术期刊《科学进展》上 [1]

核心观点 - 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所等团队在全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）上取得重要成果，首次通过实验证实了托卡马克“密度自由区”的存在，揭示了“密度极限”的触发机理，为未来聚变堆实现高密度、经济性运行提供了关键物理依据 [1][3] 实验成果与理论突破 - 研究团队基于新发展的边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，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，并预测了密度极限之外的密度自由区 [3] - 在EAST装置的实验中，通过利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生 [3] - 通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质造成的物理溅射，使等离子体成功突破了密度极限，并平稳进入了预测中的密度自由区，实验结果与PWSO理论预测高度吻合 [3] 研究意义与行业影响 - 该成果为聚变界理解“密度极限”这一长期存在的经验定标提供了重要线索 [1][3] - 对于未来聚变堆，聚变功率与燃料密度的平方成正比，因此高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择，该研究为托卡马克实现高密度运行提供了重要的物理依据 [1][3] 研究背景与技术支撑 - “密度极限”是20世纪末发现的纯经验定标，超过该极限的托卡马克运行将引发等离子体破裂，巨大能量会瞬间释放到装置内壁，影响装置的安全运行 [1] - 国际聚变界虽通过完善跨装置经验定标，并在特定条件下获得了超密度极限运行，但对其中的物理机制并不十分清楚 [1] - 研究的顺利完成得益于EAST先进的全金属壁实验平台和开放合作的提案协调机制 [4] - EAST装置近年来在密度、温度、辐射、杂质等参数的精确测量，以及电子回旋共振高效加热技术等方面的升级，为本次研究提供了重要技术保障 [4] 合作与支持 - 该项工作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 [4] - 研究受到了国家磁约束聚变专项的支持 [4]

文章核心观点 - 中国“人造太阳”EAST实验装置的研究团队，基于其发展的边界等离子体与壁相互作用自组织理论，首次在实验上证实了托卡马克“密度自由区”的存在，为理解并突破限制聚变堆经济性的“密度极限”提供了关键物理依据和实验验证 [1][5] 理论与物理机制突破 - 研究团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型，指出边界辐射在密度极限触发中的关键作用，并解析出辐射不稳定性边界，从而揭示了密度极限的触发机理并预测了密度自由区的存在 [5] - 该理论模型与EAST上的实验结果高度吻合，首次证实了托卡马克密度自由区的存在 [5] 实验方法与成果 - 实验依托EAST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降低边界杂质溅射，主动延迟了密度极限和等离子体破裂的发生 [5] - 通过控制靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质主导的物理溅射，成功引导等离子体突破密度极限，进入新的密度自由区 [5] - 相关成果已于2026年1月1日在国际学术期刊《科学进展》上发表 [1] 行业背景与意义 - 对于未来聚变堆，聚变功率正比于燃料密度的平方，因此实现高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择 [3] - “密度极限”是一个经验定标，接近该极限运行会引发等离子体破裂，瞬间释放巨大能量，影响装置安全运行 [3] - 国际聚变界此前已在特定条件下获得超密度极限运行，并明确触发过程发生于边界区域，但对其中物理机制并不完全清楚 [3] - 此项创新性工作为密度极限的理解提供了重要线索，并为托卡马克装置实现高密度运行提供了重要的物理依据 [5]

文章核心观点 - 中国“人造太阳”EAST实验装置的研究团队，基于其发展的边界等离子体与壁相互作用自组织理论，首次在实验上证实了托卡马克“密度自由区”的存在，为理解并突破限制聚变堆经济性运行的“密度极限”提供了关键物理依据和实验验证 [1][5][6] 理论与机制突破 - 研究团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型，指出边界辐射在密度极限触发中的关键作用，并解析出辐射不稳定性边界 [5] - 该理论揭示了密度极限的触发机理，并预测了在传统经验密度极限之外，存在一个“密度自由区” [5] - 对于未来聚变堆，聚变功率正比于燃料密度的平方，因此实现高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择 [3] - “密度极限”是一个纯经验定标，接近该极限运行会引发等离子体破裂，瞬间释放的巨大能量将影响装置安全运行 [3] 实验方法与成果 - 实验依托EAST全金属壁运行环境，采用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，以降低边界杂质溅射，主动延迟了密度极限和等离子体破裂的发生 [5] - 通过控制靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质主导的物理溅射，成功引导等离子体突破传统密度极限，进入新的密度自由区 [5][6] - 实验结果与PWSO理论预测高度吻合，首次在实验上证实了托卡马克密度自由区的存在 [6] - 相关成果已于2026年1月1日发表在国际学术期刊《科学进展》上 [1] 行业意义与影响 - 这项创新性工作为理解“密度极限”这一长期困扰国际聚变界的物理问题提供了重要线索 [6] - 该研究为托卡马克装置实现高密度、安全运行提供了重要的物理依据 [6] - 国际聚变界此前已完善了跨装置的经验定标，并在特定条件下获得了超密度极限运行，逐步明确触发过程发生于边界区域，但对其中物理机制并不十分清楚 [3]