科技前沿 | 桑超峰教授與團隊突破磁約束核聚變，點亮能源新希望

更新時間：2025-12-02

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在第六屆 “逐夢光電"等離子體先進光譜診斷技術與應用學術探討會上，卓立漢光對話大連理工大學桑超峰教授。這位深耕磁約束核聚變領域的學者，分享了自身研究歷程、團隊技術突破與行業發展展望，為我們揭開了中國磁約束核聚變研究的前沿圖景。

老師簡介：桑超峰，物理學院，教授，博士生導師，入選國家優青、大連市杰青、興遼英才青年拔尖人才等，現為大連理工大學等離子體物理學科（國家重點學科）負責人。
主要從事磁約束核聚變（托卡馬克）邊界等離子體物理研究，在先進偏濾器設計、偏濾器脫靶、雜質輸運和燃料滯留方面做出一些代表性成果；帶領團隊自主設計和建造了大型直線等離子體裝置MPS-LD，在大連理工大學建立起了核聚變相關實驗研究平臺。承擔基金委和科技部包括重點、重大在內的多項國家級科研項目，在Nuclear Fusion等國際知名核聚變期刊發表SCI論文100余篇，在國內外主要學術會議作口頭及邀請報告30余次，擔任Nuclear Fusion等15個SCI期刊審稿人。

投身邊界等離子體物理：應國家需，錨關鍵域

桑超峰教授自2007年讀研期間，與磁約束核聚變領域正式結緣。彼時中國剛加入 ITER（國際熱核聚變實驗堆），2007-2008年國家亦同步啟動 ITER 專項，其導師敏銳指出核聚變是國家未來發展的重大需求，建議團隊調整研究方向以響應這一戰略號召。

起初，團隊聚焦大氣壓放電（低溫等離子體）研究，后結合核聚變邊緣區域溫度相對較低的特點，判斷可依托現有研究基礎切入該領域，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。

初期團隊對該領域認知較淺，但歷經十余年的學習、實踐與科研積累，逐漸明晰其關鍵價值 —— 核聚變中所有不穩定性均從邊緣區域發起，而這正是團隊主攻的等離子體邊界與氣壁交互領域。這份對 “問題嚴重性與研究價值" 的深刻認知，成為團隊深耕至今的核心動力，也讓他們始終以 “為中國聚變事業貢獻力量" 為己任。

光譜診斷技術：托卡馬克邊界參數的核心支撐

作為長期深耕邊界等離子體研究的學者，桑超峰教授團隊的成果（如先進偏濾器設計、雜質輸運機制研究等），離不開對托卡馬克邊界等離子體溫度、密度、雜質成分等關鍵參數的精準捕捉。這一過程主要依托光譜診斷技術，實驗數據則多來自國內兩大核心托卡馬克裝置：中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的 EAST（東方超環），以及核工業西南物理研究院的 HL-2M 裝置。

具體技術應用上，上游電子溫度與密度通過湯姆森散射技術獲取，下游則依賴探針診斷系統；團隊同時期待未來這些裝置能配備偏濾器湯姆森散射系統，進一步完善診斷體系。而雜質相關信息的獲取，需借助 EUV（極紫外）光譜、VUV（真空紫外）光譜，結合 bolo-meter（輻射計）的輻射測量數據，從多維度保障參數捕捉的精準度。

MPS-LD 裝置建設：破儀器瓶頸，提科研效率

桑超峰教授團隊自主搭建的 MPS-LD 裝置，于 2020 年啟動構思與設計，2023 年初正式交付使用。裝置實現放電后，團隊首要面臨 “實驗參數未知" 的難題 —— 初期僅能通過探針獲取有限數據，后續便耗時數年搭建完整診斷系統，過程中多次對儀器進行定制化優化，精準適配實驗需求。

為實現等離子體溫度與密度的精準測量，團隊在探針（擾動式診斷）基礎上，進一步研發非擾動式湯姆森散射系統：考慮到裝置軸向較長，特意設計可移動光譜組件，以獲取不同軸向位置的診斷信息；同時因裝置體積較大，散光抑制與抑制定標難度極高，團隊投入大量精力攻克了這一技術難點。

在研究等離子體與壁相互作用時，入射靶板的能流無法直接測量，需通過溫度反演計算。團隊采用紅外相機測量靶板溫度，重點解決了 “溫度精準測量" 與 “能流密度反演" 的適配問題。

不過團隊也指出，當前商用儀器存在 “一致性差" 的明顯痛點 —— 儀器搭建后易受干擾、操作流程復雜，科研人員需耗費大量精力在儀器調試上。因此他們期望儀器行業能推出 “高一致性、易操作" 的產品，讓科研工作者將更多精力聚焦于科學研究本身，而非非專業的儀器建造工作。

未來五至十年：破加熱與氚自持，追能量凈增益

在桑超峰教授看來，可控核聚變是全球能源領域的終極目標之一。當前 EAST、HL-2M 等裝置持續突破技術瓶頸，CFEDR示范項目亦穩步推進，未來五到十年，磁約束聚變研究需重點突破兩大關鍵技術節點，核心目標是實現 “能量凈增益"（即 q>1，聚變輸出能量大于輸入能量）—— 這一目標的達成，關鍵依賴于等離子體密度（n）、溫度（T）與約束時間（τ）的乘積（nTτ）提升。

第一大節點是突破加熱技術：需將等離子體溫度提升至上億度，并實現穩定放電，具體可依托中性束注入（NBI）、離子回旋共振加熱等技術，這是實現 q>1 的核心支撐。
第二大節點是解決氚自持問題：當前托卡馬克放電多采用純氘（D），而非真正的聚變燃料（氘氚，D-T），且氚資源稀缺。未來要實現 D-T 放電，必須攻克 “氚自持" 技術（通過聚變反應自主生成足量氚），這一突破將大幅加速核聚變商業化進程。

未來五年關鍵詞：高溫超導強磁場與氘氚燃燒等離子體

談及磁約束核聚變未來五年發展的核心關鍵詞，桑超峰教授明確指出：“通過高溫超導技術實現強磁場約束，進一步實現氘氚放電燃燒等離子體"。他同時表示，行業內共同期待這一方向早日取得突破，推動核聚變從實驗階段邁向實際應用，為全球能源困境提供根本性解決方案 —— 這份期待，亦是所有聚變領域研究者的共同愿景。

訪談尾聲，桑教授表達了對未來的期許：希望與更多領域同行、卓立漢光等儀器廠家深度合作，攜手助力中國磁約束核聚變事業高質量發展。

【致卓立漢光的同行者】
感恩相伴，不負信賴！

【桑老師簡介】

桑超峰，物理學院，教授，博士生導師，入選國家優青、大連市杰青、興遼英才青年拔尖人才等，現為大連理工大學等離子體物理學科（國家重點學科）負責人。主要從事磁約束核聚變（托卡馬克）邊界等離子體物理研究，在先進偏濾器設計、偏濾器脫靶、雜質輸運和燃料滯留方面做出一些代表性成果；帶領團隊自主設計和建造了大型直線等離子體裝置MPS-LD，在大連理工大學建立起了核聚變相關實驗研究平臺。承擔基金委和科技部包括重點、重大在內的多項國家級科研項目，在Nuclear Fusion等國際知名核聚變期刊發表SCI論文100余篇，在國內外主要學術會議作口頭及邀請報告30余次，擔任Nuclear Fusion等15個SCI期刊審稿人。

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