當(dāng)代版“夸父追日” 我國離實(shí)現(xiàn)“人造太陽”還有多遠(yuǎn)？

太陽，億萬年來為地球提供光和熱，科學(xué)家們?cè)O(shè)想，如果能在地球上模仿出太陽釋放能量的方式，是不是就能獲得取之不盡的清潔能源了？這一設(shè)想正在我國的實(shí)驗(yàn)室和大科學(xué)裝置中逐步成為現(xiàn)實(shí)，也就是被業(yè)界稱為“人造太陽”的可控核聚變技術(shù)。2024年工信部、科技部等七部門發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，將核聚變列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域。在地球上建造出可以無限供能的“人造太陽”，還有多遠(yuǎn)？

可控核聚變！

“人造太陽”探索未來能源

“人造太陽”是要在地球上創(chuàng)造類似太陽內(nèi)部的環(huán)境，模擬它發(fā)光發(fā)熱的過程，并讓這種反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

相比現(xiàn)在的核電站，這種方式能量密度更高，材料幾乎取之不盡，而且放射性污染更低，安全性也更高。

2025年，我國可控核聚變研究不斷傳來新進(jìn)展。1月，我國全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行1066秒，刷新世界紀(jì)錄；3月，“中國環(huán)流三號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”運(yùn)行。

與此同時(shí)，科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也在積極探索多條技術(shù)路徑，力求在不同技術(shù)方向上尋找可能的突破口?？煽睾司圩?，正在向更高水平的可控性與穩(wěn)定性邁進(jìn)。

“人造太陽”怎么造？

探秘大裝置BEST

我國對(duì)可控核聚變的研究始于上世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的探索，不僅取得了基礎(chǔ)科研的突破，在工程技術(shù)領(lǐng)域，也已經(jīng)走在世界前沿。在合肥未來大科學(xué)城，一個(gè)建造“人造太陽”的超級(jí)工程正在緊張施工。

總臺(tái)央視記者張春玲：這里是合肥未來大科學(xué)城，緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置BEST正在緊張地施工，它的目標(biāo)是要在地球上第一次演示用聚變能點(diǎn)亮第一個(gè)燈泡。就好像是要把太陽困在籠子里，讓它發(fā)電。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所工程師蔡其敏：在未來托卡馬克主機(jī)系統(tǒng)安裝的區(qū)域，未來高達(dá)1億度等離子體的運(yùn)行就在這里。在我們的裝置里面，冰火兩重天，1億攝氏度的高溫等離子體要與零下269攝氏度的低溫共同存在一個(gè)罐體里面。

總臺(tái)央視記者張春玲：在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變需要達(dá)到1億攝氏度甚至更高，比太陽中心的溫度還要高出數(shù)倍，地球上沒有任何一種材料能夠承受如此高溫。

為了攻克這些難題，科學(xué)家們研發(fā)出了托卡馬克裝置，其工作原理是利用強(qiáng)磁場形成一個(gè)環(huán)形的“磁籠”，將高溫等離子體懸浮在真空室中央，使其與容器壁完全隔離，從而避免高溫對(duì)容器壁的破壞，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的聚變反應(yīng)。這樣的超級(jí)裝置，需要一個(gè)超級(jí)工廠。

按照計(jì)劃，BEST裝置將于2027年底建成，之后將在世界上首次演示聚變能發(fā)電。而與BEST裝置緊緊相鄰的，就是建造它的工廠——“聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施”大科學(xué)裝置，它還有一個(gè)特別的名字叫“夸父”。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所工程師蔡其敏：這些系統(tǒng)在市面上面大家都買不到，它都是非標(biāo)準(zhǔn)的。所以哪怕一顆螺絲釘，可能都要我們自己去設(shè)計(jì)、自己去加工、自己去測(cè)試、自己去運(yùn)行。

從空中俯瞰這個(gè)超級(jí)工廠，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)工廠由14棟單體建筑構(gòu)成，每一棟都是某一關(guān)鍵領(lǐng)域的超級(jí)實(shí)驗(yàn)室，這里一共正在驗(yàn)證和設(shè)計(jì)制造著與可控核聚變相關(guān)的19個(gè)子系統(tǒng)。

這是強(qiáng)流直線等離子體裝置“赤霄”，每平方米每秒鐘可極速噴射出10的24次方——即億億億個(gè)粒子，一次可連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)以上，對(duì)新研制的“人造太陽”壁材料進(jìn)行充分檢測(cè)。

這是給人造太陽加溫的“鍋爐”——射頻波加熱系統(tǒng)和中心束加熱系統(tǒng)，它們同時(shí)作用，相當(dāng)于數(shù)萬臺(tái)微波爐同時(shí)工作。

這里正在制備的是用于產(chǎn)生強(qiáng)磁場的超導(dǎo)磁體，它們可以產(chǎn)生地球磁場十多萬倍的磁場信號(hào)。別看它們現(xiàn)在有幾十厘米粗，實(shí)際上，它們是由比頭發(fā)絲還細(xì)的超導(dǎo)線一點(diǎn)點(diǎn)纏繞出來的。

而這個(gè)像橘子瓣一樣造型的裝置，叫八分之一真空室，它高度達(dá)到19.5米，有六層樓那么高，重達(dá)300噸。未來，上億攝氏度的高溫等離子體就是在這個(gè)艙室里面懸浮。這些研究設(shè)施，不僅可以生產(chǎn)出BEST核心部件，也可以制造出全球最先進(jìn)的聚變裝備。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所工程師蔡其敏：我們每一個(gè)平臺(tái)，對(duì)標(biāo)的都是全世界最領(lǐng)先的這些實(shí)驗(yàn)室，而且我們的參數(shù)比他們還要高。所以未來別人能做的我們也能做，別人不能做的，我們還能做。

多路線同步驗(yàn)證

探索不同“造太陽”方案

聚變能源作為未來能源中最具潛力的形態(tài)，目前已經(jīng)開始走出實(shí)驗(yàn)室邁向工程應(yīng)用。記者在調(diào)研中注意到，不僅是科研院所，一些龍頭企業(yè)、初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，也紛紛加入“聚變能源”這個(gè)賽道，提出自己的解決方案。

在河北省緊湊型聚變重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)由龍頭能源企業(yè)主導(dǎo)的可控核聚變實(shí)驗(yàn)正在緊張進(jìn)行。大屏幕上，數(shù)字顯示13032，這是實(shí)驗(yàn)放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，從去年一月份到現(xiàn)在，除了檢修，幾乎從未間斷。

新奧能源研究院聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江：我們大概10分鐘會(huì)放一次電，反復(fù)去嘗試去優(yōu)化我們的整個(gè)運(yùn)行的控制參數(shù)，達(dá)到我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

低成本、快速試錯(cuò)、技術(shù)迭代，是商業(yè)化團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)。不僅如此，在可控核聚變等離子體材料的選擇上，他們也從成本角度出發(fā)，另辟蹊徑。傳統(tǒng)的研究團(tuán)隊(duì)大多采用氫的同位素氘和氚作為燃料，而這個(gè)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置里放的是“氫和硼”。

新奧能源研究院院長劉敏勝：氫就是水里面正常的氫，硼常規(guī)的都有，它沒有什么稀缺性，價(jià)格極其便宜，所以才能導(dǎo)致我產(chǎn)生的聚變的電能夠便宜。第二個(gè)它的產(chǎn)物只有氦，氦是直接能發(fā)電的，它不需要用蒸汽轉(zhuǎn)化，所以它的發(fā)電效率能夠做到90%以上。

團(tuán)隊(duì)從成本、效率和安全等角度，提出了全新的聚變能研究路線。不過就像硬幣都是兩面，這個(gè)路線要將等離子體加熱到10億度甚至更高，挑戰(zhàn)飆升。經(jīng)過研判，他們提出了階梯加熱路線。

新奧能源研究院院長劉敏勝：第一個(gè)是用變壓器的原理，它能夠加熱到幾百萬度。第二個(gè)是用類似微波爐的原理，加熱到幾千萬度甚至到億度。然后中性束用的是高能物理里面加速的原理，它把粒子加速到十幾億甚至上百億攝氏度，它的原理很簡單，我用更高的溫度加到等離體里面，溫度就上來了。

為了達(dá)到更高的加熱目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)還在升級(jí)全新一代的托卡馬克裝置，希望它能夠沖刺更高的參數(shù)指標(biāo)，為聚變研究貢獻(xiàn)出自己的探索。

百花齊放

商業(yè)聚變能源產(chǎn)業(yè)未來可期

我國作為能源消費(fèi)大國，對(duì)清潔能源需求迫切。采訪中專家告訴我們，可控核聚變一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，也許將像蒸汽機(jī)的出現(xiàn)一樣，帶來新一輪的技術(shù)革命。記者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，依靠我國在這一領(lǐng)域中研發(fā)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)鏈配套，不少商業(yè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始迅速入局，未來這一領(lǐng)域或者會(huì)像我國商業(yè)航天的發(fā)展一樣，百花齊放、活力迸發(fā)。

在四川成都這個(gè)產(chǎn)業(yè)園的廠房內(nèi)，一套全新的核聚變研發(fā)裝置樣機(jī)已經(jīng)搭建完成。這個(gè)20米長像圓桶一樣的裝置有一個(gè)專業(yè)的名字叫“直線型場反位型聚變裝置”?，F(xiàn)在，設(shè)備已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)氣體形成的等離子體充滿，等待放電。

通過磁場的約束，將等離子體在裝置兩端同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)豎起來的“甜甜圈”，并不斷加速至每秒200公里，最終兩個(gè)“甜甜圈”在中間產(chǎn)生碰撞，釋放出巨大能量，實(shí)現(xiàn)聚變。

瞄準(zhǔn)未來聚變能的商業(yè)落地，作為一個(gè)初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)成本低廉、模塊化搭建的方案進(jìn)行預(yù)研，入局這個(gè)技術(shù)路線尚未明確的賽道，團(tuán)隊(duì)給出了自己的判斷。

瀚海聚能創(chuàng)始人項(xiàng)江：商業(yè)航天最開始也是國家隊(duì)、科研院所在做，大家從來沒有想過它能夠真正走到民營企業(yè)里，但實(shí)際上我們看到這個(gè)夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)了，而且它的效率得到了大幅的提升。

科研院所多年的技術(shù)和人才積累，我國在可控核聚變領(lǐng)域發(fā)展過程中核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的培育，讓可控核聚變產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化探索加速落地。

新奧能源研究院院長劉敏勝：第一代“玄龍50”，那個(gè)時(shí)候大概有5%到10%的部件要必須依賴進(jìn)口。但到了我們現(xiàn)在50U的裝置的時(shí)候，微波加熱、真空室、磁體、診斷、探測(cè)器全都是國產(chǎn)的，實(shí)現(xiàn)了100%的國產(chǎn)化，這個(gè)才是我們真正的底氣。

探索未來能源

可控核聚變產(chǎn)業(yè)布局加速

作為我國“未來能源”的重要組成部分，“聚變能源”除了進(jìn)入國家戰(zhàn)略布局，不少地方也依托自身優(yōu)勢(shì)，正積極探索差異化發(fā)展路徑。

上海是國內(nèi)核電產(chǎn)業(yè)鏈的重要聚集地，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚。去年上海將可控核聚變列為重點(diǎn)培育產(chǎn)業(yè)，并設(shè)立未來產(chǎn)業(yè)基金，為聚變能源等前沿方向提供資金支持與政策引導(dǎo)。

安徽作為我國核聚變大科學(xué)裝置最集中的地區(qū)，2023年出臺(tái)聚變能商業(yè)應(yīng)用戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃，明確“實(shí)驗(yàn)堆—工程堆—商業(yè)堆”的“三步走”發(fā)展路徑，并成立聚變產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，打造產(chǎn)業(yè)集群。

四川在核技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)雄厚。今年發(fā)布的未來產(chǎn)業(yè)實(shí)施方案中，將可控核聚變列為重點(diǎn)方向，提出通過重大工程帶動(dòng)技術(shù)突破，加快成果轉(zhuǎn)化和企業(yè)培育，形成從科研到產(chǎn)業(yè)的完整鏈條。

此外，廣東、浙江等地也在政策中明確將可控核聚變列入未來產(chǎn)業(yè)培育重點(diǎn)。