应用案例 | 高光谱相机助力"人造太阳"刷新人类可控核聚变纪录

中国科学界向世界抛出一枚“重磅科技炸弹”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。中国科学院等离子体物理研究所自主设计研制的它可以实现1.6亿℃高温下稳态运行1066秒，刷新人类可控核聚变纪录！这一成果被《科学》杂志誉为“人类能源史上的里程碑”，也让中国正式成为全球核聚变研究的领跑者。
在EAST装置极端的运行环境中，精准捕获等离子体的光谱信息是研究的重中之重。面对这一严苛挑战，中达瑞和凭借自主研发的高分辨率、高帧率内置推扫光谱技术，精准解析出等离子体的每一条特征谱线。其产品如同置于聚变堆内的“火眼金睛”，为这一举世瞩目的能源革命提供了关键的数据支撑。

什么是EAST人造太阳？

太阳作为宇宙中的光热源泉，其能量来源于内部持续不断的核聚变反应。在高温高压的极端条件下，氢的同位素氘和氚的原子核能够克服电荷排斥力，相互融合形成新的、更重的原子核，这一过程会释放出惊人的能量。EAST人造太阳基于这一原理，通过创造类似太阳内部的环境，使原子核发生聚变，释放出巨大的能量，为人类提供一种潜在的、几乎无限的清洁能源。

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中国能源革命的“里程碑”

可控核聚变被认为是未来能源的终极解决方案。1克氘氚燃料通过核聚变释放的能量，相当于燃烧1克煤炭释放能量的约1000万倍。与核裂变不同，核聚变不产生二氧化碳等温室气体，也不会生成长寿命的放射性核废料，因此具有极高的环境友好性和安全性。

研究难点

●要实现可控核聚变，需要将等离子体加热到上亿摄氏度的高温，并且要保持其稳定运行。在高温下，离子体容易受到磁场、电流等因素的影响而产生不稳定性。

●核聚变反应会释放出非常强大的高能粒子，这些粒子像高速子弹一样不断撞击反应堆的内部材料。这种撞击会对材料造成严重的损伤，比如让材料的结构变得脆弱、性能下降，甚至出现裂纹或损坏。同时，核聚变反应还需要在极高的温度下运行，而高温会让材料变得更软、更脆，甚至失去强度。这种双重挑战让现有的材料很难长时间保持稳定和耐用。

●装置需要长时间稳定工作运行才能够实现能源供应，目前能够保持运行的时间还远远不足以达到商业化所需的时间标准

而EAST人造太阳成功打破了记录——实现了1亿摄氏度下持续1066秒燃烧，打破了此前自己保持的403秒纪录。

此成果为国际热核聚变实验堆（ITER）及中国聚变工程实验堆（CFETR）提供了关键数据，也极大地加速了其商业化的进程。这一成就也提升了中国在核聚变领域的国际地位，提升了我国在全球能源方面的话语权。

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中达瑞和以“硬核科技”点亮“人造太阳”

在EAST全超导托卡马克装置的极端运行环境中，需要高光谱相机对装置内等离子体进行光谱信息的采集。中达瑞和光谱相机之所以成为不可或缺的"火眼金睛"，源于三大核心技术优势的协同突破：

●高帧率捕捉动态：核聚变过程中，等离子体粒子的运动速度接近光速的1%，微观扰动在百万分之一秒内即可引发能量逃逸。我们的相机以每秒3000帧的超高速成像能力，精准捕捉氘氚离子碰撞、氦灰生成等关键瞬态过程，为磁场调控系统提供实时数据支撑。

● 超高精度分辨率：在1.6亿℃高温下，不同元素（氘、氚、氦等）会发射特征谱线，其波长差异最小仅0.01纳米（相当于头发丝直径的十万分之一）。通过自主研发的技术，相机实现0.02纳米光谱分辨率。

● 内置推扫式设计：推扫式相机共分两种，一种是外置推扫一种是内置推扫。其中外置推扫相机的工作原理为被拍摄的物体或者相机本身运动，边扫描边成像。内置推扫则为被拍摄的物品和相机本身都不需要运动，推扫过程在相机内部完成。EAST装置的环形真空腔体结构严苛限制外部设备布局，仅有一个小的固定观察口，因此外置推扫相机没有办法运作。

此次与等离子所深度合作，中达瑞和为EAST人造太阳量身定制高帧率高分辨率内置推扫式光谱相机，以0.02纳米分辨率实时“解码”1.6亿℃等离子体的燃烧密码。在EAST人造太阳的环形真空腔体外壁，中达瑞和的内置推扫式光谱相机以毫米级距离凝视着核聚变的烈焰——当高能激光或等离子体燃料注入装置，引发极端聚变反应时，我们的相机如同一位“光谱翻译官”，实时捕捉等离子体中各类燃料的光谱“指纹”，精准判断燃烧是否充分、能量是否逃逸、杂质是否入侵，成功助力了中国首次实现千秒级高约束运行。这不仅是国产高端仪器的里程碑突破，更是中国科技实现高水平科技自立自强的生动实践。

中达瑞和是国内领先的集光谱芯片研制、光谱成像产品开发、高光谱智能解决方案为一体的国家高新技术企业、专精特新企业。20年来一直聚焦光谱领域，构建“高光谱领域芯片技术+光谱智能设备＋光谱平台＋产业应用”的生态产业链，利用光谱+AI技术为各行业实现光谱数字化、智能化赋能。作为全面坚持国产自主研发的国产光谱品牌，一直致力于打破高端科学仪器的“卡脖子”的困局。

审核编辑 黄宇