与中国实验性先进超导托卡马克装置(EAST)合作的科学家们，这一装置常被称为"人造太阳"，实现了长期以来被认为不可能的事情：在远超数十年来制约聚变研究的基本极限的密度下维持稳定等离子体。
这一突破性成果于2026年1月1日发表在《科学进展》杂志上，表明格林沃尔德极限——一个定义托卡马克反应堆可达最大等离子体密度的理论边界——可能比物理学家此前认为的更具灵活性。这一发现可能重塑通往实用聚变能源的道路。
格林沃尔德极限一直是聚变研究中最顽固的障碍之一。以物理学家马丁·格林沃尔德命名，这一经验边界预测等离子体在托卡马克中能够保持稳定的最大密度。超过这一极限通常会触发剧烈的不稳定性，导致等离子体撞向反应堆壁，终止聚变反应。
EAST团队取得了非凡成就：他们在超过格林沃尔德极限1.3至1.65倍的密度下维持了稳定的等离子体。作为参考，托卡马克通常在该极限的0.8至1倍范围内运行。研究人员达到了约5.6 × 10¹⁹个粒子每立方米的线平均电子密度，显著高于设备的正常运行范围。
这一成就的关键在于精心设计的启动程序。研究人员精确控制初始燃料气体压力，并在每次等离子体放电的最早阶段应用电子回旋共振加热。这一策略从一开始就优化了等离子体与反应堆壁之间的相互作用，减少了通常导致能量损失和不稳定性的杂质积累。
实验验证了一个被称为等离子体-壁自组织(PWSO)的理论框架，该框架最初由法国国家科学研究中心和艾克斯-马赛大学的研究人员提出。EAST的结果首次从实验上证实这一理论机制确实在实践中有效。
项目关键研究员朱平教授强调了实际意义："这些发现表明，在托卡马克和下一代燃烧等离子体聚变装置中扩展密度极限存在一条实用且可扩展的途径。"更高的等离子体密度直接转化为更多的聚变反应，这对于实现商业发电所需的能量输出至关重要。
这一成就尤为重要，因为聚变能依赖于将加热到超过1亿摄氏度的极热等离子体约束足够长的时间，使氢原子能够聚变并释放能量。更高密度的等离子体意味着有更多燃料粒子可进行聚变，可能使反应堆更高效、更具经济可行性。
然而，科学家们警告说，重大挑战仍然存在。EAST在这些实验中没有产生聚变净能量，许多工程和材料障碍仍需克服。
聚变能长期以来被描述为清洁能源的圣杯，承诺以最小的环境影响提供几乎无限的能源。与核裂变不同，聚变不产生长寿命放射性废物，也没有熔毁风险。
通过证明聚变的基本极限之一可以被超越，中国科学家为反应堆设计和运行开辟了新的可能性。
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