中国“人造太阳”再次取得突破，可控核聚变从科幻走向现实

“998、999、1000……”大屏幕上的数字最终定格在1066，原本安静的控制大厅一片欢呼。1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”，标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。

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“亿度千秒”的里程碑式记录

1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1066秒“高质量燃烧”，标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。

EAST形如“巨罐”，汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一体，近百万个零部件协同工作，拥有专利近2000项。十余年来，EAST历经15万多次实验，最终实现“亿度千秒”的长脉冲高约束模等离子体运行，攀上新的科学高峰。

EAST之所以被称为“人造太阳”，是因为其拥有类似太阳的核聚变反应机制。包括中国团队在内，全球都将“人造太阳”作为解决人类能源问题的“终极答案”之一。

由于实现核聚变的原材料在地球上极丰富，且排放无污染，如果能利用可控核聚变反应在地球上造出一个“太阳”，人类就如同拥有了一座原料不竭且无污染的发电厂，从而实现水清天蓝、能源永续。

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人类能源问题的终极答案

核能的利用分为核裂变与核聚变两类，由于反应原理不同，核聚变进度不及核裂变。

核裂变从实验室走向裂变电站仅用了约10年。1939年，科学家首次揭示了铀原子核的分裂现象;1945年，利用核裂变原理制造出的第一颗原子弹在美国阿拉莫戈多沙漠爆炸:3年后，第一座核裂变电站便在美国田纳西州橡树岭实现发电。1951年，利用核聚变原理制造的氢弹在太平洋上的恩尼威托克岛实现爆炸，然而至今70年人类依然未能实现可控核聚变发电。

可控核聚变本质是模拟太阳内部发生的氢核聚变反应，太阳之所以有源源不断的能量，就在于其内部一直在进行大量的核聚变。

核聚变又称核融合，是一种小质量原子的原子核互相聚合生成中子并伴着巨大能量释放的热核反应，可以产生大量的能量。可控核聚变意味着人们可以控制核聚变的开启和停止，核聚变的反应速度和规模可以随时被调控，相当于可控的人造太阳。

相比核裂变的链式反应，核聚变需要满足的外部条件十分苛刻。

一是足够高的温度，需要施加大约1亿℃高温才能将两个原子核变成等离子体，该温度相当于太阳核心温度的10倍，这对反应容器的耐受温度提出极限挑战;二是一定的密度这样两原子核发生碰撞的概率就大;三是一定的能量约束时间，等离子体在有限的空间里被约束足够长时间，以获得净功率增益，即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。核聚变至少需要做到稳定运行240h才具备商业价值,而2023年4月创造的最高纪录是EAST达到的403秒稳态高约束等离子体。

三者的乘积称为聚变三乘积。根据劳逊判据，只有聚变三乘积大于一定值，才能产生有效的聚变功率输出。

1968年后托卡马克装置成为可控核聚变的主流发展方向，托卡马克在1958年由苏联科学家发明，主要由环形真空室、产生磁场的线圈和其他辅助设施组成。中央是一个环形真空室，里面注满气体，外面缠绕着线圈。线圈通电后，会在托卡马克内部产生巨大的螺旋型磁场，里面的气体将被电离成等离子体并形成等离子体电流。当等离子体被加热到极高温度后，便可实现核聚变。

托卡马克约占目前全球聚变装置的50%，是最主流方案。从左下图可以看到托卡马克一直是聚变装置的主流，截至 2024年，托卡马克路线约占全球聚变装置的50%。托卡马克、仿星器、激光惯性、其他路线分别有 79 台、23 台、12 台、45 台。

近年来，除托卡马克之外的技术路线增长比较快，目前还是多种技术路线并行探索开发阶段。

目前全球主要国家均推出政策、采取行动推进核聚变的商业化进程，全球可控核聚变不断取得技术突破，更接近聚变发电，而中国对于可控核聚变的商业化投入从 2022 年开始加速，多家公司积极布局并取得重要进展。星环聚能和能量奇点等商业公司在核聚变装置方面取得了突破性进展，星环聚能成为注册资本规模最大的中国商业核聚变公司。

此外，中国还成立了由25家央企、科研院所及高校组成的可控核聚变创新联合体，并发布了未来能源关键技术攻关任务，进一步推动了核聚变技术的商业化进程。

值得一提的是我国还积极参与国际核聚变合作项目，在国际热核聚变实验堆（ITER）计划中，我国承担了ITER计划中约9%的任务，并在磁体支撑系统、磁体馈线系统、电源系统等多个关键部件的研制上取得了重要进展，而这些都有望让我国在未来可控核聚变领域获得相当话语权。

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编辑｜张毅

审核｜吴新

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