EAST装置：逐日步履不停

　　全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。记者 徐旻昊 摄

　　近日，在中国科学院合肥物质科学研究院EAST装置大厅内，技术人员戴着“小黄帽”紧张有序地进行装置的检修、升级工作，为下一轮实验作准备。

　　“团队正在进行高热负荷部件改造以及加热系统改造。加热系统部分包括低杂波电流驱动系统、电子回旋共振加热系统、离子回旋共振加热系统等。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所微波研究室研究员徐旵东说，这部分改造从今年年初开始谋划升级，前不久正式进入改造阶段。

　　太阳，普照万物，它的巨大能量来自内部的核聚变反应，而“人造太阳”是要在地球上实现可控的核聚变反应。

　　有了“人造太阳”，人类就像拥有了一座原料不竭且无污染的发电厂，实现“能源自由”，让地球水清天蓝。

　　EAST装置全称为全超导托卡马克核聚变实验装置，是世界首个非圆截面全超导托卡马克装置，因其拥有类似太阳的核聚变反应机制，也被称为“人造太阳”。

　　这个装置高约11米、直径约8米、重400余吨，形如“巨罐”。今年年初，这个“大家伙”刷新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”。这一突破标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，距离实现聚变发电又近一步。

　　徐旵东回顾说：“从60秒到100秒，再到200秒、300秒、403秒，最后到1066秒。我们经历了22轮物理实验，实验了整整15万次，每一次都是一个里程碑。”

　　为了实现“亿度千秒”的突破，等离子体所团队在多方面进行升级，提升加热系统稳定性、控制系统精准性、诊断系统可靠性等，还解决了高参数等离子体集成运行、第一壁热与粒子排出等前沿问题。

　　EAST装置上有核心技术200多项、专利2000余项，近百万个零部件协同工作。“超高温”“超低温”“超强磁场”是实现聚变点火的几个难点。

　　等离子体所科普主管蔡其敏告诉记者，实验时等离子体核心温度要达到1亿摄氏度甚至更高，运行时需要16000安培超大电流，承载这一电流的线圈要在零下269摄氏度的温度下工作，而运行时产生的磁场强度达到了地球磁场强度的约7万倍。

　　EAST的成功运行不仅是中国核聚变研究的重大突破，也在国际核聚变领域产生了深远影响。法国正在建造的国际热核聚变实验堆（ITER）是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程项目之一，中国是其成员国之一。

　　记者从等离子体所了解到，该所作为ITER中国工作组重要单位之一，承担了超导导体、校正场线圈、磁体馈线、电源、诊断等众多采购包，占中国承担ITER采购包任务的大部分。交付进度和产品质量在ITER合作的七方中居前列，创造多项第一，ITER组织总干事评价“中国在采购包研发生产方面领先于各方”。

　　眼下，科学岛以北，正加快研制“夸父”——聚变堆主机关键系统综合研究设施项目。

　　“通过等离子体所几代人的持续学习、研究、创造，EAST的国产化率超95%，关键设备、材料实现自主研发，而‘夸父’的国产化率将提升到100%。”该院等离子体所相关负责人说，未来，“人造太阳”的关键部件将在这里研发并且应用。（记者 鹿嘉惠）

　　合肥先进光源：追光迭代升级

　　建设中的合肥先进光源项目。记者 张大岗 实习生 安妮 汪鑫 摄

　　正在建设的合肥先进光源装置，是国际最先进的第四代同步辐射光源，性能比前代光源提升百倍以上，能够从分子原子尺度观察微观世界，被科学家们称为“灵眸”。

　　日前，记者从该装置的规划建设推进单位——中国科学技术大学国家同步辐射实验室获悉，该项目建安工程的主体结构已顺利完成验收，正式转入装饰装修及室外工程等后续建设阶段。

　　同步辐射光源被誉为“神奇之光”，是科学家探索微观世界的“超级显微镜”。2023年9月，作为国家“十四五”重大科技基础设施优先项目——合肥先进光源在合肥开工建设。整个项目预计于2028年建成验收，助力我国在光子科学领域迈入世界最前沿。

　　合肥先进光源基于先进的衍射极限储存环技术，是性能最高的低能区第四代同步辐射装置。其产生的软X射线亮度比第三代光源高出百倍以上，且具有极高的相干性，能在空间、时间和能量维度上实现前所未有的测量精度，为揭开物质微观世界的奥秘提供强大支撑。

　　据悉，合肥先进光源的设计亮度指标和相干性均将达到国际顶尖水平。项目规划建设不少于35条高性能光束线站，首批将建设包括能源转换、极紫外光刻、微纳器件、自旋探测、原位谱学等在内的10条光束线站。这些线站将成为众多基础科学和前沿技术研究的共享平台，有望在高温超导、新能源电池、先进材料、生命科学（如阿兹海默症研究）等领域催生革命性突破。

　　合肥先进光源的建设并非一蹴而就，它承载着中国几代科学家的“追光”梦想。其建设单位——中国科学技术大学国家同步辐射实验室，正是中国同步辐射事业的发源地。1989年，由何多慧院士等老一辈科学家带领的团队，在极其艰苦的条件下，自力更生建成我国第一台专用同步辐射光源——“合肥光源”，并荣获国家科技进步一等奖。三十余年来，“合肥光源”持续运行，服务了数以万计的用户，产出了一大批重大成果。

　　如今，站在前人的肩膀上，新一代“追光者”接过了接力棒。自2017年预研启动以来，以封东来教授为首的技术团队已成功攻克了包括高品质电子源、超导高频腔等在内的十余项关键核心技术，为项目的顺利启动奠定了坚实可靠的基础。

　　“合肥先进光源是科学探索的‘国之重器’，”项目总指挥封东来教授表示，“它把X射线对各学科研究的支撑能力提升到了一个前所未有的高度。我们有信心、有经验、有队伍，更有能力建好它，让其成为助力国家科技创新和产业发展的‘助推器’。”

　　该项目是合肥综合性国家科学中心的核心建设内容之一。建成后，它将与北京的高能光源（HEPS）、上海的上海光源（SSRF）优势互补，共同构成覆盖高、中、低能区的中国先进光源体系，实现“全能区”支撑能力，使我国在该领域的研究水平实现整体跃升。

　　未来，合肥先进光源将像一只深邃的“慧眼”，吸引全球顶尖科学家和一流创新群体集聚，推动长三角乃至全国的多学科交叉研究与高新技术研发，为我国实现高水平科技自立自强和建设世界科技强国提供不可或缺的战略支撑。（记者 陈婉婉 实习生 吴玉昕）

　　稳态强磁场：推动重大科学发现的利器

　　中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心。记者 徐旻昊 摄

　　2025年8月，稳态强磁场实验装置助力中国科学院电工研究所马衍伟研究员团队在新型超导材料研究领域取得重大突破——创造铁基超导线材载流性能新纪录。研究团队为了验证该铁基超导线材在高场下的载流能力，需通过30T以上的稳态强磁场进行强电传输测试。稳态强磁场实验装置是国内唯一能同时满足“大电流、大口径、强磁场”三大关键测试条件的平台，为该研究提供了不可替代的支撑作用。

　　实验过程中，研究人员利用实验装置水冷磁体高场测试条件，系统测量了多种铁基超导材料在极端条件下的性能表现，最终发现了一种新型制备工艺，使铁基超导线材的载流性能提高约50%。这一突破性进展解决了长期制约铁基超导材料应用的关键技术难题，为开发下一代高效能源传输系统和强磁场应用设备奠定了坚实基础。

　　稳态强磁场实验装置由中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心建设运行，是我国自主研制的国内唯一能提供稳态强磁场条件的实验装置。该装置由11台磁体装置组成：包括6台水冷磁体、4台超导磁体和1台混合磁体。其中混合磁体是技术难度最高的磁体类型，由外“超导磁体”和内“水冷磁体”组合而成。

　　稳态强磁场实验装置在建设和运行中取得了诸多成就：自行研制的混合磁体产生了目前世界上可开展科学实验的最高稳态磁场、4台水冷磁体性能指标创世界纪录。2016年，稳态强磁场实验装置团队自主研制成功中心场强达40万高斯，即40T（1T=1万高斯）的混合磁体，使我国跻身世界第二。2022年8月，该混合磁体产生45.22T的稳态磁场，创造了新的世界纪录，成为目前全球范围内可支持科学研究的最高稳态磁场磁体。2024年9月，稳态强磁场实验装置团队自主研制的水冷磁体产生了42.02T的稳态磁场，这不仅打破了美国水冷磁体世界纪录（41.4T），也成为国际强磁场水冷磁体技术发展新的里程碑。

　　此外，稳态强磁场实验装置还建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道—磁力—原子力组合显微镜系统；集成了国际领先的强磁场、超高压、极低温综合极端实验条件；为凝聚态物理、化学、材料、生物学和生命科学等多学科领域开展国际前沿探索、交叉前沿研究提供了稳态强磁场实验平台。

　　稳态强磁场是物质科学研究需要的一种独特的极端实验条件，被称为“推动重大科学发现的利器”。强磁场能够诱导新物态出现。它可以穿透物质内部，像一只无形的手，有效调控材料中的电荷、自旋、轨道等，使物质出现全新的量子态，呈现出丰富的新现象。强磁场还能催生新的重大应用技术，如强磁场作用下的电磁冶金技术、化学反应合成等。特别是在化学和生物医学领域广泛应用的结构解析和成像——核磁共振技术。

　　自投入运行以来，稳态强磁场实验装置已运行超过66万机时，为国内外200多家单位提供了实验条件，包括清华大学、北京大学、复旦大学、浙江大学、南京大学、中国科大等国内顶尖高校，以及美国哈佛大学、德国马普所等国际知名高校及科研机构。

　　依托该装置，科研人员在物理、化学、材料、生命健康、工程技术等领域开展了超过3000项课题的前沿研究，取得了一系列重大科技成果。例如，科学家们首次发现外尔轨道导致的三维量子霍尔效应、揭示日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制等。这些成果显著提升了我国在强磁场相关领域的国际影响力，为构建协同创新的科研生态奠定了坚实基础。（记者 汪永安）