科大等离子体，星辰大海欢迎你 | 袁岚峰_风闻

导读

　　在人类奔向星辰大海的路上，等离子体科技将成为关键。欢迎大家来到科大核学院等离子体物理与聚变工程系，为人类做出更大的贡献！

　　说起等离子体，你会想到什么？

　　大多数人恐怕是完全一无所知。然后，博学的人知道等离子体是完全电离或部分电离的物质状态，即离子与电子的混合物。

　　目前在整个宇宙中，我们能观测到的99.99%的物质属于等离子体，因为恒星都是等离子体。太阳就是一团巨大的等离子体。

　　太阳

　　在日常生活中，闪电、极光、日光灯和焊接都是等离子体现象。

　　闪电

　　极光

　　关心人类命运的同学们会知道，可控核聚变的原料就是等离子体。例如著名的核聚变装置，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的“东方超环”（EAST），里边装的就是氢同位素的等离子体。

　　最近，EAST又刷新了世界纪录，实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行（《中国人造太阳再创世界纪录，意味着什么？｜袁岚峰》）。

　　1.2亿摄氏度燃烧101秒

　　此前国际上超过1亿度的等离子体运行最长持续时间为20秒，EAST一下子把它提高到了五倍。

　　东方超环EAST获得稳定可重复的101秒1.2亿度高温等离子体（http://ipp.cas.cn/xwdt/ttxw/202105/t20210528_641312.html）

　　下面进入广告时间。如果要问，全国最强的学习等离子体科技的地方是哪里？回答就是中国科学技术大学核科学技术学院，EAST就是这个学院的大科学装置。科大核学院的大科学装置还有同步辐射加速器和在筹建中的中国聚变工程实验堆（CFETR），一个学院拥有三台大科学装置，这在全世界都是独一无二的。

　　中国聚变工程实验堆（CFETR）建筑群效果图

　　核聚变有若干条技术路径，EAST属于磁约束中的托卡马克。科大核学院甚至还有一台跟托卡马克原理不同的核聚变装置，叫做反场箍缩磁约束聚变实验装置（KTX，中文简称“科大一环”）。

　　科大一环（http://ktx.ustc.edu.cn/）

　　在磁约束之外，还有一种实现聚变的方法叫做惯性约束，这里也有人在研究。但是提到惯性约束，就会画风突变。

　　惯性约束聚变是核威慑的重要手段，是保障国家安全的重要基石。作为大科学工程的惯性约束聚变，还催生和推动了很多基础学科的发展，如实验室天体物理、高能量密度物理、等离子体光学、激光等离子体加速器等等。如果你想理解这些名词的具体内涵，欢迎来到科大核学院~

　　惯性约束点火战略（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）

　　了解以上这些层面，你的知识水平就超过了99%的人。但更少有人知道的是，等离子体除了核聚变还有许多重要的应用。

　　例如，飞向星辰大海的终极能源当然是可控核聚变，但眼前就有一个我们在用的，叫做电推进。它是把等离子体中的离子用电场加速到很高的速度，然后喷出去。化学推进剂只能达到4至5公里每秒的喷射速度，而电推进可以高达15公里每秒，优势很大（《在空间站上种青菜，到火星上种土豆，这是中国科学家的独特浪漫 | 科技袁人》）。问题是现在单位时间内喷射的离子质量很低，所以推力只有1牛顿的级别。如果在这方面取得进展，我们去其他星球的时间就可以大大缩短。

　　电推进大大扩展我们在太阳系中推动航天器的能力（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）

　　又如，现在人人都知道芯片是中国被卡脖子最严重的领域，而芯片的加工过程就需要等离子体辅助沉积和薄膜蚀刻等工艺。这些技术对太阳能电池等很多设备的加工都很重要。甚至托卡马克的壁材料也需要等离子体处理，这真是完美套娃！

　　原子层蚀刻（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）

　　再如，等离子体可以定向地向化学体系输入能量。因此近年来出现了一个大的趋势，叫做化学工业的电气化。由此导致，等离子体可以用于消毒杀菌，可以用于淡水净化，可以用于伤口止血，甚至可以用于治疗癌症。

　　低温等离子体用于癌症治疗（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）

　　2020年新冠疫情期间，我的老朋友吴征威博士就开发了等离子体消毒的设备，为科学战疫立了功（《战疫科技检阅，现在走来的是科大方队 | 袁岚峰》）。

　　吴征威博士的团队还研究了等离子体止血与伤口愈合，用兔耳作为炎症反应模型。兔兔这么可爱……

　　实际上，打开“等离子体”的百度词条，一眼看到的就是吴征威博士，他这一头标志性的白发真是太拉风了。他当时担任香港城市大学等离子体实验室副主任，现在担任科大核学院等离子体物理与聚变工程系副主任。传播等离子体科学，一向是他的志愿。

　　等离子体的百度词条

　　在我们奔向星辰大海的路上，等离子体科技将成为关键。欢迎大家来到科大核学院等离子体物理与聚变工程系，为人类做出更大的贡献！