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在第六屆 “逐夢(mèng)光電"等離子體先進(jìn)光譜診斷技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)探討會(huì)上，卓立漢光對(duì)話大連理工大學(xué)桑超峰教授。這位深耕磁約束核聚變領(lǐng)域的學(xué)者，分享了自身研究歷程、團(tuán)隊(duì)技術(shù)突破與行業(yè)發(fā)展展望，為我們揭開了中國(guó)磁約束核聚變研究的前沿圖景。

老師簡(jiǎn)介：桑超峰，物理學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師，入選國(guó)家優(yōu)青、大連市杰青、興遼英才青年拔尖人才等，現(xiàn)為大連理工大學(xué)等離子體物理學(xué)科（國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科）負(fù)責(zé)人。
主要從事磁約束核聚變（托卡馬克）邊界等離子體物理研究，在先進(jìn)偏濾器設(shè)計(jì)、偏濾器脫靶、雜質(zhì)輸運(yùn)和燃料滯留方面做出一些代表性成果；帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)和建造了大型直線等離子體裝置MPS-LD，在大連理工大學(xué)建立起了核聚變相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。承擔(dān)基金委和科技部包括重點(diǎn)、重大在內(nèi)的多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，在Nuclear Fusion等國(guó)際知名核聚變期刊發(fā)表SCI論文100余篇，在國(guó)內(nèi)外主要學(xué)術(shù)會(huì)議作口頭及邀請(qǐng)報(bào)告30余次，擔(dān)任Nuclear Fusion等15個(gè)SCI期刊審稿人。

投身邊界等離子體物理：應(yīng)國(guó)家需，錨關(guān)鍵域

桑超峰教授自2007年讀研期間，與磁約束核聚變領(lǐng)域正式結(jié)緣。彼時(shí)中國(guó)剛加入 ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆），2007-2008年國(guó)家亦同步啟動(dòng) ITER 專項(xiàng)，其導(dǎo)師敏銳指出核聚變是國(guó)家未來(lái)發(fā)展的重大需求，建議團(tuán)隊(duì)調(diào)整研究方向以響應(yīng)這一戰(zhàn)略號(hào)召。

起初，團(tuán)隊(duì)聚焦大氣壓放電（低溫等離子體）研究，后結(jié)合核聚變邊緣區(qū)域溫度相對(duì)較低的特點(diǎn)，判斷可依托現(xiàn)有研究基礎(chǔ)切入該領(lǐng)域，最終選定 “托卡馬克邊緣等離子體及等離子體與壁相互作用" 作為核心研究方向。

初期團(tuán)隊(duì)對(duì)該領(lǐng)域認(rèn)知較淺，但歷經(jīng)十余年的學(xué)習(xí)、實(shí)踐與科研積累，逐漸明晰其關(guān)鍵價(jià)值 —— 核聚變中所有不穩(wěn)定性均從邊緣區(qū)域發(fā)起，而這正是團(tuán)隊(duì)主攻的等離子體邊界與氣壁交互領(lǐng)域。這份對(duì) “問題嚴(yán)重性與研究?jī)r(jià)值" 的深刻認(rèn)知，成為團(tuán)隊(duì)深耕至今的核心動(dòng)力，也讓他們始終以 “為中國(guó)聚變事業(yè)貢獻(xiàn)力量" 為己任。

光譜診斷技術(shù)：托卡馬克邊界參數(shù)的核心支撐

作為長(zhǎng)期深耕邊界等離子體研究的學(xué)者，桑超峰教授團(tuán)隊(duì)的成果（如先進(jìn)偏濾器設(shè)計(jì)、雜質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制研究等），離不開對(duì)托卡馬克邊界等離子體溫度、密度、雜質(zhì)成分等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)捕捉。這一過(guò)程主要依托光譜診斷技術(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則多來(lái)自國(guó)內(nèi)兩大核心托卡馬克裝置：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所的 EAST（東方超環(huán)），以及核工業(yè)西南物理研究院的 HL-2M 裝置。

具體技術(shù)應(yīng)用上，上游電子溫度與密度通過(guò)湯姆森散射技術(shù)獲取，下游則依賴探針診斷系統(tǒng)；團(tuán)隊(duì)同時(shí)期待未來(lái)這些裝置能配備偏濾器湯姆森散射系統(tǒng)，進(jìn)一步完善診斷體系。而雜質(zhì)相關(guān)信息的獲取，需借助 EUV（極紫外）光譜、VUV（真空紫外）光譜，結(jié)合 bolo-meter（輻射計(jì)）的輻射測(cè)量數(shù)據(jù)，從多維度保障參數(shù)捕捉的精準(zhǔn)度。

MPS-LD 裝置建設(shè)：破儀器瓶頸，提科研效率

桑超峰教授團(tuán)隊(duì)自主搭建的 MPS-LD 裝置，于 2020 年啟動(dòng)構(gòu)思與設(shè)計(jì)，2023 年初正式交付使用。裝置實(shí)現(xiàn)放電后，團(tuán)隊(duì)首要面臨 “實(shí)驗(yàn)參數(shù)未知" 的難題 —— 初期僅能通過(guò)探針獲取有限數(shù)據(jù)，后續(xù)便耗時(shí)數(shù)年搭建完整診斷系統(tǒng)，過(guò)程中多次對(duì)儀器進(jìn)行定制化優(yōu)化，精準(zhǔn)適配實(shí)驗(yàn)需求。

為實(shí)現(xiàn)等離子體溫度與密度的精準(zhǔn)測(cè)量，團(tuán)隊(duì)在探針（擾動(dòng)式診斷）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)非擾動(dòng)式湯姆森散射系統(tǒng)：考慮到裝置軸向較長(zhǎng)，特意設(shè)計(jì)可移動(dòng)光譜組件，以獲取不同軸向位置的診斷信息；同時(shí)因裝置體積較大，散光抑制與抑制定標(biāo)難度極高，團(tuán)隊(duì)投入大量精力攻克了這一技術(shù)難點(diǎn)。

在研究等離子體與壁相互作用時(shí)，入射靶板的能流無(wú)法直接測(cè)量，需通過(guò)溫度反演計(jì)算。團(tuán)隊(duì)采用紅外相機(jī)測(cè)量靶板溫度，重點(diǎn)解決了 “溫度精準(zhǔn)測(cè)量" 與 “能流密度反演" 的適配問題。

不過(guò)團(tuán)隊(duì)也指出，當(dāng)前商用儀器存在 “一致性差" 的明顯痛點(diǎn) —— 儀器搭建后易受干擾、操作流程復(fù)雜，科研人員需耗費(fèi)大量精力在儀器調(diào)試上。因此他們期望儀器行業(yè)能推出 “高一致性、易操作" 的產(chǎn)品，讓科研工作者將更多精力聚焦于科學(xué)研究本身，而非非專業(yè)的儀器建造工作。

未來(lái)五至十年：破加熱與氚自持，追能量?jī)粼鲆?/span>

在桑超峰教授看來(lái)，可控核聚變是全球能源領(lǐng)域的終極目標(biāo)之一。當(dāng)前 EAST、HL-2M 等裝置持續(xù)突破技術(shù)瓶頸，CFEDR示范項(xiàng)目亦穩(wěn)步推進(jìn)，未來(lái)五到十年，磁約束聚變研究需重點(diǎn)突破兩大關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)，核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) “能量?jī)粼鲆?（即 q>1，聚變輸出能量大于輸入能量）—— 這一目標(biāo)的達(dá)成，關(guān)鍵依賴于等離子體密度（n）、溫度（T）與約束時(shí)間（τ）的乘積（nTτ）提升。

第一大節(jié)點(diǎn)是突破加熱技術(shù)：需將等離子體溫度提升至上億度，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電，具體可依托中性束注入（NBI）、離子回旋共振加熱等技術(shù)，這是實(shí)現(xiàn) q>1 的核心支撐。
第二大節(jié)點(diǎn)是解決氚自持問題：當(dāng)前托卡馬克放電多采用純氘（D），而非真正的聚變?nèi)剂希?，D-T），且氚資源稀缺。未來(lái)要實(shí)現(xiàn) D-T 放電，必須攻克 “氚自持" 技術(shù)（通過(guò)聚變反應(yīng)自主生成足量氚），這一突破將大幅加速核聚變商業(yè)化進(jìn)程。

未來(lái)五年關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)與氘氚燃燒等離子體

談及磁約束核聚變未來(lái)五年發(fā)展的核心關(guān)鍵詞，桑超峰教授明確指出：“通過(guò)高溫超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)約束，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)氘氚放電燃燒等離子體"。他同時(shí)表示，行業(yè)內(nèi)共同期待這一方向早日取得突破，推動(dòng)核聚變從實(shí)驗(yàn)階段邁向?qū)嶋H應(yīng)用，為全球能源困境提供根本性解決方案 —— 這份期待，亦是所有聚變領(lǐng)域研究者的共同愿景。

訪談尾聲，桑教授表達(dá)了對(duì)未來(lái)的期許：希望與更多領(lǐng)域同行、卓立漢光等儀器廠家深度合作，攜手助力中國(guó)磁約束核聚變事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

【致卓立漢光的同行者】
感恩相伴，不負(fù)信賴！

【桑老師簡(jiǎn)介】

桑超峰，物理學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師，入選國(guó)家優(yōu)青、大連市杰青、興遼英才青年拔尖人才等，現(xiàn)為大連理工大學(xué)等離子體物理學(xué)科（國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科）負(fù)責(zé)人。主要從事磁約束核聚變（托卡馬克）邊界等離子體物理研究，在先進(jìn)偏濾器設(shè)計(jì)、偏濾器脫靶、雜質(zhì)輸運(yùn)和燃料滯留方面做出一些代表性成果；帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)和建造了大型直線等離子體裝置MPS-LD，在大連理工大學(xué)建立起了核聚變相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。承擔(dān)基金委和科技部包括重點(diǎn)、重大在內(nèi)的多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，在Nuclear Fusion等國(guó)際知名核聚變期刊發(fā)表SCI論文100余篇，在國(guó)內(nèi)外主要學(xué)術(shù)會(huì)議作口頭及邀請(qǐng)報(bào)告30余次，擔(dān)任Nuclear Fusion等15個(gè)SCI期刊審稿人。