中国“人造太阳”从101秒到403秒，突破究竟有多大？

2023年4月12日，中国“人造太阳”（EAST）成功运行403秒，刷新了2017年的101秒的世界纪录！

一些读者可能会奇怪：

2021年12月30日，EAST不是已经成功运行1056秒了吗？

这次怎么才403秒？

有这种想法很正常，因为这涉及到一个“冷知识”，“人造太阳”（EAST）有2种模式，分别是：

稳态模式（L模式）

稳态高约束模式（H模式）

2021年的1056秒是L模式的世界纪录，今年的403秒是H模式的世界纪录，大家知道H模式比L模式更难实现就行了。

不管是“人造太阳”的哪个模式，咱们国家都是世界纪录的保持者，这确实是一件值得骄傲的事。

质变引起量变

上面的小标题没有写错，我想说的就是“质变引起量变”。

很多人可能听习惯了“量变引起质变”，导致对“质变引起量变”的说法感到奇怪。有这种想法也很正常，不过要理解“人造太阳”（EAST）从101秒到403秒的突破，就必须明白：质变引起量变。

从101秒到403秒，表面上看只是“量变”，背后却隐藏着“质变”。

理解“质变引起量变”其实很简单，只需要举一个简单的例子：送外卖。

给你一个小时的时间，你能把一份外卖送到多远的地方？

如果设置一个目标：1km。再设置一个限制：只能用腿走。

我相信每个人都能轻松达成目标，谁一个小时还走不了1km？

如果再设置一个目标：2km。限制还是：只能用腿走。

我相信每个人也能轻松达成目标，谁一个小时还走不了2km？

人类的平均走路速度大约是5km/h，刻意快走的话，6km/h也是可以的。也就是说：只能用腿走，就算设置6km的目标，也是可以达成的。

此时，目标从0到6km变化，只是“量变”，也不需要“质变”，走路就能做到。

但是，如果目标再高一点，就会出问题。

如果在6km的的基础上，再加6km，设置12km的目标，只能用腿走，就不现实了。

此时，就需要跑，而不是走（跑和走，已经有一些“质变”了）。

优秀的运动员，跑5km只需要20分钟。在一个小时的时间里跑15km也是可以的，可以达成12km目标。

如果再提高目标，24km，就连长跑运动员也无法完成。

但是骑自行车可以，达到60km/h的速度也是可以的。如果再经过一些改装，骑自行车甚至可以达到260km/h的速度，能够轻松实现24km的目标。

如果再提高目标，300km，骑自行车也无法完成了。

但是开跑车可以，一些跑车的最高速度可以达到410km/h，能够实现300km的目标。

如果再提高目标，600km，开跑车也无法完成了。

但是开飞机可以，飞机的速度在200至4000km/h，能够实现600km的目标。

那么，如果目标是10000km呢？

猛地给出一个数字，大家可能觉得内心毫无波澜，但是经过上面的一系列目标，大家知道1000km的目标有多变态了吗？

目标从最初的2km到现在的10000km，仅仅只是“量变”，但是实现目标的方法却发生了“质变”（走路、跑步、骑自行车、开跑车、开飞机、……）。

这就是我想说的：质变引起量变，想要实现量变，要先寻求质变。

回到“人造太阳”

现在再来看“人造太阳”（EAST）从101秒到403秒的记录，大家应该有一些不一样的看法了吧？

当然，引起“量变”不一定非要靠“质变”，不过可以确定从101秒到403秒肯定是有“质变”的，不然2017年的世界纪录直接就是403秒。

其实不只是“人造太阳”（EAST），“质变引起量变”，的思想在很多高科技领域都有体现。

从4G到5G，都是使用电磁波通信，只是把电磁波的频率从1880~2635MHz提升到3300~5000MHz而已。

光刻机，我国现在可以做到22nm，目前世界上的最高精度也才5nm而已。

从表象上看，只是数字变了变，但是背后的技术壁垒可不是一两年就能突破的。在你眼里可能没什么意义的数字变动，往往就是一次又一次的技术革命。

具体说一说“人造太阳”

“人造太阳”（EAST），它的全称应该是：全超导托卡马克核聚变实验装置。

最核心的功能是实现可控核聚变，简单的说，就是控制较轻的原子核，融合成较重的原子核，并释放大量能量。

底层原理和氢弹一样，不过不是直接爆炸，而是可以控制输出功率，基本原理是核物理学。

想实现核聚变需要有上亿摄氏度的高温（点火，本身就是个难题），核反应的“燃料”都会在高温下直接变成等离子体（类似于闪电），没有任何容器能承受如此高的高温。

托卡马克，就是一种应对高温的技术。由于核反应的“燃料”以等离子体的形式存在，可以用磁场把等离子体架在空中，不接触容器内壁。相应的装置就是托卡马克装置。

听起来好像也简单，其实非常难。

想要隔绝热量，就要把容器内部抽成真空，也就是把所有的气体分子都抽走。不然容器内部的气体就会把等离子体的热量传给容器内壁，直接把容器烧坏。

真空技术的好坏，直接关系着可控核聚变能不能实现。

另外就是磁场的问题，把上亿摄氏度的等离子体架在空中，需要极强的磁场。

想要产生强磁场，就需要大电流（电流的磁效应）。但是电流越大，导线产生的热量也就越大，可能会直接烧坏导线。这又导致电流不能太大。

但是又必须要靠大电流实现强磁场，就只能降低导线的电阻，所以要用到超导技术，直接直接让导线的电阻降到零，才能实现强磁场。

但是想利用超导体，就必须让超导材料在低温、高压的环境中，这又要求低温技术、高压技术必须能达到要求。

除此之外，最近实现的“高约束”模式，又是一种等离子体的密度、温度都很高的模式，对高能物理、等离子体动力学的应用都有很高的要求，会有更复杂的技术难题。

就像上文说的，“质变引起量变”，想提高等离子体的密度、温度，本身就需要“质变”。

仅仅只是简单列举“人造太阳”（EAST）用到的技术，就有：超高温、超低温、超高真空、超强磁场、超大电流、……

每一项都是尖端技术，每一项尖端技术都取得突破，才能实现从101秒到403秒的跨越。

他山之石，可以攻玉

“人造太阳”（EAST）的技术突破并不只是对可控核聚变有利。

超高温、超低温、超高真空、超强磁场、超大电流、……，这些尖端技术的突破，会应用到各行各业，这就是：技术迁移。

所以，不要总说：

花钱研究高科技，还不如多改善民生。

这两者不矛盾。

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