如果将来有一盏灯，会被聚变能源所点亮，这盏灯必然也一定在中国。
中国环流三号科研团队，我们的使命是点燃蓝色海洋，成就聚变梦想，造福人类未来 。
陈逸航
中核集团核工业西南物理研究院 副研究员
我是来自中核集团核工业西南物理研究院的陈逸航，今天我给大家带来的分享题目是：可控核聚变，照亮未来的“中国太阳”。
人类早期没有火，在黑暗里面，忍受黑暗和寒冷。火，是人类从蒙昧走向文明的一个标志。
人类文明的历史，实际上是一部怎么利用火的历史，而人类把火种一代一代地传了下去，后来人类就掌握了一些更高效的、更先进的利用火的方法，让我们人类步入工业时代。
我们经常听到一个说法，叫能源是现代社会的基石，实际上说通俗一点，“烧火”才是现代社会的基石，一切恐惧都源于火力不足。
地球上，我们人类用来烧火的这些燃料或者说原料，它的储量是不太够的，石油的现有探明储量只能用四十年，煤炭储量稍微丰富一点，但据研判也只能用二百年。所以难道说化石能源用完了以后，我们就只能退回到茹毛饮血的时代了吗？答案当然是不能的。
人类的科学家们要运用智慧去摆脱困境，我们抬头仰望天空的时候，就发现一个熊熊燃烧的大火球挂在天上，这是我们人造太阳研究，也是可控核聚变研究的一个发源。
为了把太阳的火种带到地球上来，我们首先要破解，太阳为什么能燃烧这个奥秘。
因为它的能量是来自核聚变反应的，通俗来讲就是，轻的原子核通过融合，聚集成重原子核过程中，会损失掉一小部分的质量，那么根据爱因斯坦的质能方程，我们就可以发现，损失掉的质量去哪儿了？当然是转化成能量了，所以这就是可控核聚变巨大能量的一个来源。
它一公斤的聚变燃料完全发生反应以后，释放的能量相当于7300吨的汽油，我们一旦能够把核聚变的能量，拿到地球上来给人类用，实现了人造太阳的话，人类就毫不夸张地说，拥有了取之不尽 用之不竭的能源。
但是开发核聚变能，是一项非常艰巨的挑战。
核聚变是要把两个轻原子核融合到一块，但是这两个原子核接近的时候，不会乖乖听你话，你想让它靠近就靠近了，因为原子核都是带正电的，我们知道两个相同的正电荷，它是有库仑斥力的。正常的气体分子，包括固体，正常的原子核的间距，大概是0.1纳米左右，当我们有效发生核聚变的距离，要到0.000001纳米，所以库仑斥力就大了，大了得有多少倍？得有100亿倍！
你想把原子核压缩到这么近的间距，让它发生核反应，这是非常困难的。
人类想，我要解决这个问题，就要从太阳上去取经，对不对？
我们从太阳得到了启发，发明了一种技术路线，叫做热核聚变，请大家关注这个名词，这是我们现在所有人造太阳技术的核心。
什么叫热核聚变？就是物质的温度提高以后，随着物质温度的提高，构成物质的分子、原子，热运动的速度就会不断加快，加快，然后把它加热到越来越热，直到加热到上千万摄氏度、上亿摄氏度高温的时候，热运动的速度就足以克服库伦斥力，然后发生核反应。
为什么说人类很早就实现了核聚变，但是不能用核聚变来发电，这个关键的秘密在哪儿？
关键就在于“受控”两个字，怎么让核聚变受控是一个世界级的大难题。
为什么受控很困难？还是要从热核聚变的“热”说起。随着原子的运动越来越快，你把它再往上加热到大概几万摄氏度的时候，比如说氧分子，它就会解离成氧原子，然后再解离成氧的原子核和自由电子，然后你再进一步加热到几十万摄氏度、几百万摄氏度，离子跟电子就真的自由了，就变成了一种不是气体，但是胜似气体的状态，这个状态我们管它叫等离子体状态。
所以我们发生聚变反应的物质，都是一团上亿摄氏度，超高温，而同时里面又都全是自由的正负电荷，温度又高，然后又是一路火花带闪电的这么一个东西，你想把它控住，那可真是不容易。
首先上亿摄氏度的东西，你就找不到一个容器能把它装起来，这给我们人类出了一个大难题。这个时候我们很自然的想去找我们的老师——太阳，去取经，看太阳是怎么约束的？
太阳说，我是靠引力约束的，我有这么多的质量，所以我能把这么不听话的等离子体，全部压缩在它的肚子里，然后让它乖乖地发生核反应。地球上，你把所有的物质都加起来，也没有这么多质量。
这个时候就是我们展现真正技术的时候了。
我们人造太阳路线里面，最具代表性的一条技术路线，叫做托卡马克，能够直面“地狱”一般的等离子体环境。
托卡马克是怎么去承受、怎么去容纳上亿摄氏度高温、有带电的等离子体？答案是它有三项关键的技术。
第一项就是，它通过强磁场去约束带电粒子。等离子体里面带电粒子本来是到处乱跑的，然后我加一个磁场，它就只能沿着磁力线在这边乖乖地跑，但是这个技术又还是不足够的，不足够把我们的聚变等离子体完全约束住，为啥呢？在平行磁力线的方向，它没有约束，它就跑掉了；
第二项关键技术就派上用场了，这个技术就是，我们把直线型的磁场给它弯一下，变成一个首尾相接的环形，不管你怎么跑，你也跑不出这个环形，所以说环形磁场就解决了磁力线两端损失的问题。但是只有环形磁场的时候，带电粒子在这个磁场里面会漂移，电子会往上走，离子会往下走，然后电荷分离又会造成一个电场，导致等离子体很快的就会扩散，然后撞到我们容器的壁上去，这也是我们不希望的；
所以第三项，也是最关键的托卡马克的核心技术，我们在一个环形容器里面，首先装了一坨等离子体，然后我们在等离子里面，通过一些手段，去让等离子里有电流流起来，而且这个电流很大，我们就发现环形流动的电流，它就能形成一个角向的磁场，环形磁场和角向磁场的结合，就形成了一个螺旋形的磁场位形。
这个螺旋形的磁场是托卡马克能够良好地把聚变的等离子体约束在这个环形真空室内部的关键的技术，像磁悬浮一样给悬起来了，另一方面又避免了它去接触容器表面壁，解决了用什么容器来装它的问题，我觉得是非常天才的一个设想，目前托卡马克获得了人工磁约束聚变装置，最高的输出聚变能量的一种装置类型。
目前我们国家拥有两台大型的托卡马克装置。
一台在合肥，就是左边这个，叫“东方超环EAST”，名字很响亮，这是世界首台全超导托卡马克，这个装置主攻的目标，就是实现一个长时间等离子运行；
第二台大装置，就是我来自的这台装置，叫新一代“人造太阳”中国环流三号，这台装置运行的时间不像EAST那么长，但是它可以做到更高的聚变参数，什么意思呢？就是它可以把聚变等离子体加热到更高的温度，更高的密度，让它输出更高的聚变功率，它可以在更接近未来聚变堆的条件下，去研究一些关键的物理和工程技术问题。
我是来自中国环流三号，新一代人造太阳，也是一个普通的科研人员，目前我是人造太阳上一名光荣的“驾驶员”。
什么叫驾驶员呢？就是我们的工程师团队把人造太阳装置设计建造出来了，还得有人去运行它，有人去操控它的运行，让这个人造太阳能够实现比较高的聚变性能，并且能够运行更长的时间，比如说我们人造太阳装置，能够达到一亿摄氏度的温度，我们能够通过我们的工作，把设计参数变为现实。
我们刚才说了，托卡马克是靠两部分磁场去约束等离子体的，这个螺旋磁场是托卡马克实现良好约束等离子体的一个关键。
等离子体电流越大，它强度越高，它产生的磁场的螺旋度就越高，然后螺旋度越高，它对等离子体的约束性能就越好。所以提升等离子体电流，对于未来我们聚变堆实现高功率运行，是非常有意义的。
但是凡事都有两面性，大电流这东西 它也是一个双刃剑。
在我们托卡马克里面，有一种关键的现象，叫做破裂。它是一种等离子体电流在毫秒级的时间内，迅速不受控的熄灭，并且降低到0的这么一种现象。等离子体电流是提供等离子体约束的一个必要的条件，如果电流没了，我们这等离子体不就约束不住了吗，核聚变反应就没了，聚变堆就要停堆了，是不是？
由于等离子电流的一个急速下降，会通过电磁感应在装置上，感应出巨大的电动力，这个电动力有多大？如果发生一次大破裂的话，这个破裂对装置造成的力，可能相当于一辆坦克全速去撞击真空室！我们人造太阳是多精密的一个东西，你说一个坦克去撞这么精密的科学仪器，这科学仪器受得了吗？
目前破裂仍然是托卡马克里面非常严峻的一个问题，我们中国环流三号，如果再想提升等离子体电流，实现一个高参数运行，我们是面临着破裂的严峻挑战的，我们觉得这个问题必须要解决。
所以我们花了力气去攻关这个问题，我们就发现了，我们可以通过一种被称为软着陆的方式，去避免这个破裂。
我们刚才提到，等离子体电流在毫秒级的时间内突然掉下来，叫大破裂，那么我们如果把电流降下来的时间拉长，从毫秒级变成百毫秒、再变成秒，电流变化速度变慢了以后，它的破坏性效果就会大大减弱，所以这个就叫软着陆，这也是托卡马克里面一项比较重要的破裂避免技术。
要实现软着陆，是有两个关键要素的，一个就是要对等离子体的异常状况，进行一个非常精密的监测。因为托卡马克里面的破裂，是一个很复杂的物理现象，很多不同类型的异常状况都可能成为破裂的诱因，比如等离子体的位移失控、内部撕裂，或者甚至整团等离子体像扭麻花一样，拧毛巾一样拧成团了，或者再比如说有一些杂质进到等离子体里去了，对这些异常状况进行精密监测，是我们去预测破裂，进而缓解破裂的一个前提；
我们在预测到破裂之后，还要对破裂进行一个毫秒级的精准控制，才能够实现破裂的有效避免。如果你不能在毫秒级的时间内，采取有效的控制动作，这个破裂是根本防不住的。
我们团队是怎么去实现这两种技术的？
在异常状况监测方面，我们首先对中国环流三号上历史的破裂数据，进行了一个统计，然后从这里面分析，去找出破裂的原因。我们发现VDE（垂直位移）和位移破裂，这两种原因是破裂的主要原因。我们就针对这两种关键的异常，去发展识别的算法，然后去有效地把这两种异常给识别出来，这样就能解决大部分引起破裂的因素。你解决了这两种，剩下的怎么办？
我们用传统的方法，结合人工智能，去进行剩下的异常因素的识别。我们托卡马克装置上有海量的实时监测数据，我们运用神经网络的方法，把海量的实时监测数据，输入到一个深度学习的神经网络里去，这个神经网络能够非常快速的，以毫秒级的时间，预测出等离子体在10~30毫秒之后，是不是会发生破裂，或者说发生破裂的概率有多大，这是非常先进的一个技术。
在我们监测到这个异常之后，怎么去控制软着陆？我们中国环流三号上的工程师们，发明了一套强大的等离子体控制系统。
首先在这个系统里面内置两套控制流程，一套是正常的等离子体控制流程，另一套是专门针对软着陆控制防护的。一旦异常的监测系统发出信号，等离子体不行了，要破了，控制系统就会自动跳出危险区，跳到另一个软着陆控制流程去，然后执行专门的软着陆控制动作，来控制等离子电流平稳下降，这个控制动作只需要1毫秒就能切换完成，完全不需要人工干预。
在我们有效的异常监测和有效的软着陆保护处理，这两个具体技术基础上，我们在顶层上又发展了一个统一的异常状况分级处理机制。比如有时候等离子体跟我们一样，它不仅生病了，而且病得很重，突发疾病、突然休克，你再采取慢悠悠的软着陆，就来不及了，这个时候只能通过非常规的手段，比如说往装置里面注入大量的杂质气体来迅速地关断这个等离子体，这个时候才是最有效的处理措施。
我们在这个框架下进行软着陆的处理，就能够更有效地去实施软着陆，让软着陆变得更加高效，让软着陆有据可依。
软着陆的控制技术，在中国环流三号上，目前已经是常规应用的一个技术，取得了良好的效果。
我们目前完全成功的软着陆，最大的等离子电流，可以达到140万安培，那么对于更高的等离子电流，也能够部分成功地执行软着陆，最大等离子电流做到了160万安培。
我们在部署了软着陆技术以后，在2023年的7~8月期间，仅仅过去了半年，等离子体的破裂概率，就从86%降低到了17%，实现了一个非常非常断崖式的下跌，同时我们的软着陆成功率，从2023年3~6月的24%，迅速提高到83%，所以这就有效的守护了我们装置大电流下的安全运行，我们在往上提升等离子电流的时候，就不用太担心破裂的问题。
所以我们的实验进度就大大加快了，在2023年，我们就顺利地实现了100万安培等离子电流加上高约束模式，这种先进模式的运行，这个目标本来是我们给今年定的目标，但是我们通过软着陆技术的保证，去年就把它实现了。
那么今年我们就实现了另一个目标，今年我们实现的参数是更高的160万安培等离子体电流。
实际上除了大电流和软着陆，我们装置上还有很多黑科技，比如说人造太阳，电流固然是一个基础，但是更重要的是，你要把聚变燃料加热到1亿摄氏度这种温度，它才能有效的核反应，我们怎么加热呢？我们装置上有团队发展了大功率的粒子束注入技术，中国环流三号团队在大功率的中性粒子束注入加热技术方面，是处于国内第一的状态。
那么除了加热，在聚变堆运行里，聚变燃料是会不断消耗的，你还要源源不断地把燃料补充进去，我们的科学家也提出了一种原创的，先进聚变燃料注入技术，它能够以非常高的速度把聚变燃料直接喷入到灼热的聚变堆芯里面去，从而实现一个高效的加料，能够有效地提升聚变的离子密度，这也是我国在聚变研究方面给世界做的一个原创性贡献，相关的技术已经应用到国际上十几个装置上去了。
我是人造太阳团队里普通平凡的一名成员，我们的团队是非常庞大，声威非常壮大的。我一直很喜欢的两句诗，“平明日出东南地 满碛寒光生铁衣”，我们人造太阳冉冉升起的背后，有我们这么一群坚强的战士，在支撑它的运行，谢谢谢谢谢谢，代表我的团队谢谢各位。
展望未来 我觉得核聚变确实是面向未来的能源，它也是被称为人类的终极能源，这个说法确实是不过分的。
首先它储量是非常大的，因为核聚变的原料可以从海水里面提取，一升海水里面的核聚变燃料提取出来，如果全部用于发电，产生的能量相当于300升汽油，所以简单画个等号，一升海水等于300升汽油；
另一方面难能可贵，除了储量丰富之外，核聚变能还是一个清洁能源，因为现在的人类的核能，它带个“核”字，它就产生一些核废料，因为它不好处理，放射性周期有的又很长，但是聚变能，就不会存在这种产生长寿命的，难以处理的核废料的问题，是没有这个问题的；
第三个特点，聚变能它更是一个固有安全的特性，核聚变反应的条件非常的苛刻，你想要核聚变能够发生，都要很复杂的装置，很复杂，很精密的操控才能让它反应起来，这个装置一旦发生异常，等离子也直接就失控了，它自动就停堆了，不可能发生聚变反应失控，或者说堆芯熔毁什么的这些安全性的问题。
所以核聚变真的是在这方面有三大优势，确实我觉得是人类未来的能源。
我们的愿景就是，如果将来有一盏灯，会被聚变能源所点亮，这盏灯必然也一定在中国。
我们是中国环流三号科研团队，我们的使命是点燃蓝色海洋，成就聚变梦想，造福人类未来 。
谢谢大家！