中国雄心：核聚变有望10年内示范发电！西方曾想把中国踢出ITER

作者：天涯爱科学

9月26日，中国科学院合肥物质科学研究院副院长、中科院等离子体研究所所长宋云涛在接受《新京报》采访时表示，他们的团队已经开始着手未来核聚变电站的工程设计，希望在国家大力支持下，未来10年内能建成核聚变发电的示范工程。宋云涛现为EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置，又称“东方超环”，俗称“人造太阳”）项目主持人。

在全球变暖日趋严重，在碳达峰碳中和成为主流热词的今天，全世界从来就没有如此迫切渴望新能源的出现，而核聚变发电就被认为是人类的终极能源。核聚变原理其实很简单，两个较轻的原子核（主要是氢的同位素氘和氚）聚合成较重的原子核，同时释放巨大能量的过程。

核聚变发电有多诱人？一升水能够提炼0.03克的氘，其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油或者燃烧336公斤煤。而海水中蕴藏着大约40万亿吨氘，这样算来，地球上的海水可以供人类使用上亿年。而且核聚变发电安全（可随时终止）、无污染（生产物是氦），因此说核聚变发电为人类终极能源一点也不为过。

核聚变原理虽然简单，可实现发电却有多难？目前自然界核聚变只在太阳内部产生，太阳核心温度超过1,500万度，压力超过3000亿大气压，在这种极端的条件下，氢才能聚合为氦，并且释放大量的热量。但是在地球上是不可能达到这么大的压力，科学家们提出“压力不够，温度来凑”的办法。于是就有了“国际热核聚变实验反应堆（ITER）这个项目。这个项目的核心装置是由托卡马克（TOKAMAK)，托卡马克是“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词的俄文缩写，通过巧妙构造磁场，使带电的聚变等离子体悬浮在真空中，从而将其约束以维持极高的反应温度。从这里也可以看出，俄罗斯人当年在这项技术上的水平有多先进。

中国核聚变水平到底有多牛？

一、设备装置牛

中国研究核聚变已有半个多世纪了。90年代初，俄罗斯把一套退役超导托卡马克装置送给中国。（有人说是无偿赠送，但其实是用大量的商品物资换来的）。

这个装置被大卸八块运到中国后，中国人把这套装置研究得底朝天去，经重新设计，1994年，中科院等离子体研究所成功建成HT-7超导托卡马克装置，这使中国成为继俄罗斯、日本和法国之后第四个拥有此类装置的国家。在此基础之上，中国的研究逐渐超车，2007年装配出世界上第一台全超导托卡马克装置“东方超环（EAST）”，俗称“人造太阳”。它是世界上第一个水平和垂直线圈均为超导线圈的托卡马克装置。这个庞然大物高11米、直径8米、重达400吨，零件数量相当于5架波音777飞机的零件总和。中国人这个利器不但已经稳定运行15年，而且屡屡打破了世界等离子体运行纪录，2021年5月28日，“人造太阳”在新的世界纪录中，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，离1亿度运行1000秒的商业运行目标又进了一步。

4层楼高的中国“人造太阳”

二、研究水平牛

根据数据统计，2007-2016年近10年中，中国在核聚变领域每年的发文量位列全球第三，而且论文数量增长迅速，2015年接近美国，2016年超过美国！从主要机构发文来看，中国科学院整体在该领域的发文量排名第二（第一是美国通用原子公司），下属研究机构中发文量最多的是中科学院合肥物质科学研究院和中国科学技术大学。

另外，从国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目中中国籍雇员人员数量的增加也可以看出中国的实力。中国刚开始参加这个项目时，中方的雇员数量在7个参与方中是最少的，如今（截至2020年1月），在ITER组织正式职员929人中，中方正式职员为87人，占总人数的9.4%，仅次于东道主欧盟，位列另外六方之首，这还是在外方限制性的条件下录用中国人的数量。另外，中方还有25名ITER项目合伙人（IPA）在ITER总部工作。

中国在可控核聚变方面的快速发展和强大实力甚至引起其他国家的担忧。《参考消息》2016年12月9日援引《南华早报》的报道称，ITER项目的其他6个参与方——日本、韩国、俄罗斯、美国、印度和欧盟——甚至讨论要把中国踢出去，因为他们担心中国将利用从ITER获得的知识，加快中国自己的核聚变发电建设速度，如果中国成为第一个实现聚变技术商业化的国家，那它将在经济和地缘政治上取得优势，将令包括超级大国美国在内的西方国家颜面何在？只是现在中国的作用已经在项目中无可代替，离开中国的参与，ITER甚至将无法支持下去。牛津大学基督圣体学院院长、前英国卡勒姆聚变中心主任史蒂文·考利教授说，对其他国家来说，最好的选择是接受甚至支持中国领导聚变研究（Professor Steven Cowley……said the best choice for other countries was to embrace, and even support, China’s leadership in fusion research.。注意，他的用词是由中国“领导”。考利教授是英国理论物理学家，是核聚变和天体物理等离子体方面的国际权威，自2018年7月1日起，已担任美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室主任。

中科院等离子体研究所研究人员，几乎是清一色的年轻人，真正的小鲜肉。

三、核心材料牛

超导材料用于产生磁场，是托卡马克(TOKAMAK）装置的关键材料。中国2010年前10年超导材料产量总共才100公斤至150公斤，而现在“东方超环”这个国家大科学装置的研发带动下，中国人能生产1000吨以上，产量为以前的1万倍以上。仅杭可科技公司产量就有600吨，未来更计划生产2000吨以上。在产量大幅提高下，生产成本显著降低，售价亦随之下降。现在，就连国外60%-70%的超导材料都要从中国进口。在ITET项目中，中国的超导体性能远超国际同行，实现了100%国产化、100%一次性合格、100%准时交货。除此之外，中国所承担的10%采购包任务中，还包括电源、诊断等各项任务，这些任务都是最难的，但反过来，这些任务中每一个技术难点又引领了国内新兴的战略产业，从而推动了产业继续向国际前沿的发展。

法国国际热核聚变实验堆（ITER）

中国离核聚变发电还有多远？

目前，国际上核聚变发电竞争十分激烈。尽管中国已经实现1亿度下运行101秒时长的世界纪录，但能达到的最高温度比起国际最高水平还有不少差距，日本的核聚变反应甚至能达到5.2亿度的高温，据说产生的能量比消耗的能量已高出25%，离商业化应用似乎已近在咫尺。美国提出2035年至2040年间能试点核聚变发电站发电，英国则提出在2040年实现核聚变能源商业化。时不我待，中国必须要有自己的时间路线图，按目前技术情况，宋云涛说，10年内建成核聚变发电示范工程是十分可期的，毕竟现在已能擦亮火柴，能点燃核聚变这个大煤球的日子已不远了。

或许不久的将来，人类就能吃着由人工合成淀粉做成的馒头，坐在由核聚变发电提供动力的飞船里，开启星辰大海的征途。