科學研究 - 張忠錫榮獲「錢德拉塞卡獎」，為認識核融合反應堆熱機制做出重要貢獻

第13屆錢德拉塞卡獎（Chandrasekhar Prize）獲獎者近日揭曉，美國普林斯頓電漿物理研究所高級科學家張忠錫當選。該獎項旨在表彰為電漿物理學發展做出貢獻的研究者，張忠錫因大幅深化了學術界對核融合反應堆內熱傳導與排熱機制的認知而獲獎。該結果由亞太物理學會聯合會電漿物理分會（代表理事：菊池滿）公布。

張忠錫（圖片提供：美國普林斯頓電漿物理研究所）

核融合反應堆的原理與太陽發光的機制相同，是透過使氫這類輕原子核發生聚變，人工生成氦等更重原子核的裝置。它作為未來的發電裝置備受期待，相關研究正在推進。反應堆內部在超高溫條件下，電子脫離原子，形成離子與電子無規則運動的電漿狀態。張忠錫是依託理論與超級電腦開展研究，探明這一複雜運動的權威學者。

在核融合反應堆領域，採用環形強磁場約束電漿的「托卡馬克」方式是主流方案。1980年代初，張忠錫系統闡明了托卡馬克裝置內離子攜熱向外逃逸的機制，並開發了新公式替代存在局限性的傳統公式。此後，他與其他研究者合作進一步優化公式，最終確立了至今仍被廣泛應用的「張-辛頓公式」。

在法國建設中的國際熱核融合實驗堆（ITER）中，用於排出電漿中雜質與熱量的裝置「偏濾器（diverter）」極為關鍵。此前根據傳統資料判斷，曾有擔憂認為熱量會集中在狹小範圍內，承受電漿作用的「偏濾器靶板」存在燒損風險。針對這一問題，張忠錫對用於計算電漿複雜運動的程式「XGC」進行了拓展，使其可適用於ITER。研究結果表明，在ITER裝置中，電漿亂流發揮著與傳統認知不同的作用，熱量可能比傳統預測更廣泛地擴散。針對熱擴散問題，他還開發了採用機器學習的預測模型，並聯合國際研究團隊透過實驗驗證了這一預測，這些成果為ITER的運行規劃做出了重大貢獻。

對ITER偏濾器面向電漿部分的樣機進行高溫測試，於2022年1月在日本國內開展（圖片提供：ITER機構）

授獎理由為：「表彰其為電漿物理學及磁約束核融合能源科學領域做出的獨創性與先驅性貢獻，尤其是發展了以廣泛應用於離子熱導率計算的張-辛頓公式為代表的新古典輸運理論；建構了XGC多尺度多物理迴旋動力學邊緣電漿模擬程式碼；提出了對ITER及未來托卡馬克堆至關重要的亂流致偏濾器熱負荷展寬預測，並開發出對應的預測代理模型。」獲獎結果於8月31日公布。頒獎儀式將於10月12日，在韓國釜山舉辦的第10屆亞太電漿物理國際會議期間舉行。

張忠錫1951年出生於韓國醴泉，本科畢業於首爾大學物理學專業，博士畢業於美國德克薩斯大學奧斯汀分校。1986年至2011年，他擔任韓國科學技術院（KAIST）物理學教授；2011年入職美國普林斯頓電漿物理研究所，出任主導美國能源部大型研究團隊的統括主任物理學家。他於2025年退休，現為名譽高級科學家。張忠錫的科研生涯大部分在KAIST度過，以培養了眾多青年科研人才著稱。

錢德拉塞卡獎是為紀念蘇布拉馬尼揚・錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar，1910～1995）而設立的獎項。錢德拉塞卡是出生於印度的美國天體物理學家，1983年獲諾貝爾物理學獎，同時也在電漿物理學領域做出了貢獻。該獎項由亞太物理學會聯合會電漿物理分會（現電漿物理分會）於2014年設立。