EAST 20周年，合肥“人造太阳”从3秒走到1066秒
2006年9月28日，合肥科学岛上的EAST第一次成功完成高温等离子体放电。
电流超过20万安培，持续时间接近3秒。
2006年9月28日拍摄的EAST装置。当日，装置首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。图源：新华社
19年后，还是这台装置。2025年1月20日，EAST进行了第150425次实验，屏幕上的计时一路越过1000秒，最终停在1066秒。超过1亿摄氏度的稳态长脉冲高约束模等离子体，在装置中持续运行了接近18分钟。
如果把这20年的几个关键节点排在一起，会得到一条很醒目的时间线：
2006年，不到3秒；2012年，30秒；2016年，60秒；2017年，101秒；2023年，403秒；2025年，1066秒。
到20周年时，EAST累计开展的等离子体运行实验已经超过16万次。
单看这些数字，EAST的20年很像一场不断刷新秒表的比赛。但实验从几秒延长到十几分钟之后，磁场、加热、排热、材料、杂质控制、实时诊断和整机控制都必须同时稳定运行。那些在几秒实验中来不及显现的问题，也会随着时间延长一个个冒出来。
1066秒，是这一整套能力最后显示在计时器上的结果。
上亿摄氏度，怎么“关”在机器里？
核聚变最吸引人的地方，是它有望像太阳一样，通过轻原子核融合释放巨大能量。
但太阳有地球上不存在的条件。它巨大的引力可以把高温、高密度物质压在核心区域，让原子核有足够多的机会发生碰撞。地球上没有这样的压力，科学家只能把燃料加热到更高温度，使其变成由带电粒子组成的等离子体。
温度需要达到上亿摄氏度。
此时第一个问题就出现了：没有任何普通固体容器能够直接接触这样的等离子体。
托卡马克采用的是磁约束。
它的主体是一个环形真空室，周围布置着强大的磁体。由于等离子体中的电子和离子带有电荷，会沿着磁力线运动，因此磁场可以像一条封闭的“轨道”，把高温等离子体限制在真空室中央，尽量避免直接撞上装置壁。
EAST，就是这样一台托卡马克。
不过，把等离子体烧到1亿摄氏度只是开始。对于核聚变而言，温度、密度和能量约束能力都很重要。等离子体如果很快把能量散掉，即使瞬间达到很高温度，也很难维持有意义的聚变反应条件。
这也是为什么核聚变实验经常会出现另一个词：高约束模，H-mode。
可以把它简单理解为等离子体进入了一种“保温效果更好”的状态。进入H-mode以后，等离子体边缘会形成一道输运屏障，内部能量不那么容易向外流失，因而可以维持更好的温度和密度。高约束运行模式也是未来聚变实验堆和工程堆希望采用的重要稳态运行方式。
EAST这20年重点解决的问题，是怎样让高性能等离子体和支撑它的整套装置持续工作下去。
在EAST之前，中国已经造了几代托卡马克
EAST的历史还要从更早以前说起。
20世纪70年代，中国科学院开始在合肥布局托卡马克研究。此后，研究人员先后建成HT-6B、HT-6M等装置。1985年，HT-6M投入运行；上世纪90年代，又研制出我国第一台圆截面超导托卡马克HT-7，也就是“合肥超环”。
HT-7超导托卡马克实验装置，又称“合肥超环”。 于1994年建成，是我国首个建成并投入运行的超导托卡马克，为后续EAST的建设以及长脉冲、稳态等离子体研究积累了工程和实验基础。图源：中国科学院等离子体物理研究所。
有了HT-7之后，科研团队开始考虑一个更进一步的目标：能不能把托卡马克的磁体全部做成超导线圈，并采用更接近未来聚变堆的非圆截面等离子体？
这成为后来EAST的重要起点。
“全超导”看起来只是一个设备设计上的变化，却直接关系到装置能不能长时间运行。
托卡马克需要强磁场约束等离子体，而产生强磁场需要很大的电流。普通导体长时间通电会产生大量热量，持续运行受到限制；超导磁体在极低温状态下电阻接近于零，更适合长时间维持强磁场。
2003年，HT-7U正式更名为EAST——Experimental Advanced Superconducting Tokamak，先进实验超导托卡马克。
2006年9月28日，EAST第一次成功放电，获得接近3秒的高温等离子体。世界首台全超导非圆截面托卡马克由此正式投入实验运行。
那3秒解决的首先是“能不能运行”。完成这一步以后，EAST才真正开始面对它最初设定的另一个目标：长脉冲运行。
从30秒到101秒，时间越长，问题越多
2010年以后，EAST开始不断延长高性能等离子体运行时间。
2012年，30秒高约束模；2016年，60秒；2017年达到101秒。此后，这条线继续延伸到2023年的403秒和2025年的1066秒。
每增加一个数量级，装置面对的问题都会发生变化。
一个典型例子是等离子体电流。
传统托卡马克可以像变压器一样，通过变化的磁场在等离子体中感应出电流。但磁通变化存在上限，这种方式天然不适合无限延长。如果未来的聚变堆需要连续工作，就要逐渐摆脱这种方式，依靠低杂波、电子回旋、中性束等手段持续加热和驱动电流，并利用等离子体自身产生的一部分“自举电流”。
2016年的60秒实验已经开始体现这一方向：EAST实现了完全非感应电流驱动条件下的稳态高约束运行。
还有一个越来越现实的问题：热量往哪里走？
虽然强磁场能够把绝大部分高温等离子体限制在内部，但能量和粒子仍然会不断向外流动。托卡马克底部有一个重要部件叫偏滤器，它承担着排出热量和杂质的任务。
实验持续几秒钟时，一些热量积累还不明显。进入百秒甚至千秒以后，偏滤器和第一壁必须承受持续热负荷，材料、冷却系统以及等离子体与壁面的相互作用都会成为关键问题。
这也是为什么EAST后来采用了水冷钨偏滤器。
钨的熔点很高，适合承受高热流，但它也带来新的麻烦。如果钨原子被等离子体轰击出来，并进入核心区域，会产生很强的辐射，把原本需要维持高温的等离子体冷却下来。
长时间运行因此逐渐变成一场动态平衡：核心要足够热，边缘的热量又要及时排掉；材料需要承受热流，还要避免过多杂质进入核心。
到了这个阶段，简单地把一次实验“维持更久”已经相当困难。
EAST拥有20多个子系统、近百万个零部件。一场持续上千秒的实验中，超导磁体、低温、真空、加热、电源、诊断、控制和主动冷却都不能在中途掉链子。
亿度和千秒，曾经是两张不同的答卷
EAST并不是到了2025年才第一次实现“亿度”，也不是第一次跑到“千秒”。
这恰恰是理解1066秒最关键的一点。
2018年，EAST的中心电子温度首次突破1亿摄氏度。
到2021年5月，它进一步实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。为了达到这一状态，装置需要解决稳态高功率加热、完全非感应高电流驱动、高精度实时控制，以及高热负荷下等离子体与壁材料相互作用等一系列问题。
同年12月，EAST又创下另一个纪录：1056秒长脉冲高参数等离子体运行，当时电子温度接近7000万摄氏度。
2025年1月20日，EAST实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行后，实验团队在控制大厅庆祝。图源：新华社
也就是说，到2021年底，“亿度”和“千秒”分别都已经实现。
因此，如果单纯拿秒数比较，2025年的1066秒甚至有些不起眼——只比1056秒多了10秒。
但两次实验的含义不同。
2021年的1056秒证明了托卡马克可以进行千秒量级的高参数长脉冲运行；2025年的1066秒，则是在超过1亿摄氏度的稳态长脉冲高约束模下完成的。此前EAST在2023年创造的高约束模纪录只有403秒。
从403秒直接迈到1066秒，意味着高温、良好约束和长时间运行进一步被放到了同一场实验中。
条件叠加以后，问题也会叠加。
H-mode虽然能够更好地“保温”，但等离子体边缘的压力可能周期性释放，形成所谓的边缘局域模，也就是ELM。强烈的瞬时热流可能冲击偏滤器靶板，引起材料损伤和杂质释放；杂质进入芯部后，又可能诱发更严重的不稳定。
因此，高约束并不是单纯把热量“关得越紧越好”。
2025年的实验中，EAST团队需要同时处理等离子体芯部与边缘的物理集成、等离子体与壁相互作用、高功率加热耦合、第一壁排热、精密控制、实时诊断和主动冷却等问题。
实验时间进入千秒以后，一些更缓慢的过程也开始有机会充分暴露：材料持续受热，杂质慢慢积累，粒子循环发生变化，设备温度逐渐漂移，微小控制误差也可能不断累积。
这就是1066秒真正的意义：它让一台托卡马克在足够长的时间里，面对越来越接近未来聚变堆稳态运行的问题。
EAST之后，问题交给BEST
20周年之后，EAST仍然会继续运行。
2026年，它已经累计完成超过16万次等离子体运行实验，并继续承担新一代核聚变装置的预研工作。
与此同时，在合肥未来大科学城，新的聚变装置已经开始接过其中一部分问题。
聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT，主要承担未来聚变堆关键部件和系统的研发、测试。例如大型超导磁体、真空室、偏滤器以及相关安装和工程技术，都需要在接近真实反应堆尺度的环境中进行验证。
另一台正在建设的紧凑型聚变能实验装置BEST，则更进一步指向“燃烧等离子体”。
2025年11月，正在建设中的紧凑型聚变能实验装置BEST。2025年5月BEST工程总装正式启动，计划开展燃烧等离子体实验。图源：VCG。
所谓燃烧等离子体，是聚变反应产生的高能α粒子能够继续加热等离子体，使反应本身逐渐成为主要热源。可以把它理解成从“不断依靠外部设备加热”，向“这团火开始依靠自身释放的能量维持”跨出的一步。
中国科学院2025年公布的研究计划中，BEST将开展燃烧等离子体物理研究，并进一步探索聚变净能量增益和聚变能发电演示。2025年主机总装已经启动，计划力争于2027年建成。
这样回头看EAST的20年，3秒到1066秒也有了另一层含义。
2006年，首先要证明中国可以自主建成并运行一台全超导托卡马克。
此后，问题逐渐变成怎样获得高约束模，怎样持续驱动电流，怎样承受越来越高的热负荷，怎样把上亿摄氏度的等离子体维持百秒，又怎样让整套装置在高性能状态下连续工作上千秒......
这些问题最终汇聚到2025年的1066秒。
从3秒走到1066秒，EAST完成了一个长达20年的阶段。
下一步，要解决的是怎样让这套越来越成熟的实验能力继续向一座真正的聚变能源装置靠近。
参考链接：
https://www.cas.cn/cm/202609/t20260928_5121146.shtmlhttps://www.ipp.cas.cn/xwdt/ttxw/202501/t20250120_410191.htmlhttps://www.ipp.cas.cn/xwdt/ttxw/202105/t20210528_368252.htmlhttps://www.cas.cn/jh/202201/t20220111_4821653.shtmlhttps://lssf.cas.cn/sszs/zyyj/eastcd/kycg/202304/t20230414_5058422.htmlhttps://www.cas.cn/cm/202511/t20251124_5089673.shtml