科学研究 - 张忠锡荣获“钱德拉塞卡奖”，为认识核聚变反应堆热机制作出重要贡献

第13届钱德拉塞卡奖（Chandrasekhar Prize）获奖者近日揭晓，美国普林斯顿等离子体物理研究所高级科学家张忠锡当选。该奖项旨在表彰为等离子体物理学发展作出贡献的研究者，张忠锡因大幅深化了学术界对核聚变反应堆内热传导与排热机制的认知而获奖。该结果由亚太物理学会联合会等离子体物理分会（代表理事：菊池满）公布。

张忠锡（供图：美国普林斯顿等离子体物理研究所）

核聚变反应堆的原理与太阳发光的机制相同，是通过使氢这类轻原子核发生聚变，人工生成氦等更重原子核的装置。它作为未来的发电装置备受期待，相关研究正在推进。反应堆内部在超高温条件下，电子脱离原子，形成离子与电子无规则运动的等离子体状态。张忠锡是依托理论与超级计算机开展研究，探明这一复杂运动的权威学者。

在核聚变反应堆领域，采用环形强磁场约束等离子体的“托卡马克”方式是主流方案。1980年代初，张忠锡系统阐明了托卡马克装置内离子携热向外逃逸的机制，并开发了新公式替代存在局限性的传统公式。此后，他与其他研究者合作进一步优化公式，最终确立了至今仍被广泛应用的“张-辛顿公式”。

在法国建设中的国际热核聚变实验堆（ITER）中，用于排出等离子体中杂质与热量的装置“偏滤器（diverter）”极为关键。此前根据传统数据判断，曾有担忧认为热量会集中在狭小范围内，承受等离子体作用的“偏滤器靶板”存在烧损风险。针对这一问题，张忠锡对用于计算等离子体复杂运动的程序“XGC”进行了拓展，使其可适用于ITER。研究结果表明，在ITER装置中，等离子体湍流发挥着与传统认知不同的作用，热量可能比传统预测更广泛地扩散。针对热扩散问题，他还开发了采用机器学习的预测模型，并联合国际研究团队通过实验验证了这一预测，这些成果为ITER的运行规划作出了重大贡献。

对ITER偏滤器面向等离子体部分的样机进行高温测试，于2022年1月在日本国内开展（供图：ITER机构）

授奖理由为：“表彰其为等离子体物理学及磁约束核聚变能源科学领域作出的独创性与先驱性贡献，尤其是发展了以广泛应用于离子热导率计算的张-辛顿公式为代表的新古典输运理论；构建了XGC多尺度多物理回旋动力学边缘等离子体模拟代码；提出了对ITER及未来托卡马克堆至关重要的湍流致偏滤器热负荷展宽预测，并开发出对应的预测代理模型。”获奖结果于8月31日公布。颁奖仪式将于10月12日，在韩国釜山举办的第10届亚太等离子体物理国际会议期间举行。

张忠锡1951年出生于韩国醴泉，本科毕业于首尔大学物理学专业，博士毕业于美国得克萨斯大学奥斯汀分校。1986年至2011年，他担任韩国科学技术院（KAIST）物理学教授；2011年入职美国普林斯顿等离子体物理研究所，出任主导美国能源部大型研究团队的统括主任物理学家。他于2025年退休，现为名誉高级科学家。张忠锡的科研生涯大部分在KAIST度过，以培养了众多青年科研人才著称。

钱德拉塞卡奖是为纪念苏布拉马尼扬・钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar，1910～1995）而设立的奖项。钱德拉塞卡是出生于印度的美国天体物理学家，1983年获诺贝尔物理学奖，同时也在等离子体物理学领域作出了贡献。该奖项由亚太物理学会联合会等离子体物理分会（现等离子体物理分会）于2014年设立。