全球首次！中国民企实现的最新核聚变突破意味着什么？

界面新闻记者 ｜ 戴晶晶

“‘玄龙-50U’兆安电流实验成功解决了电流产生和维持过程中的关键技术难题，让等离子体电流达到1兆安，温度达到4000万度。这是全球首次实现兆安级氢硼等离子体放电。该成果验证了氢硼燃料在磁约束条件下实现高参数放电的科学可行性。”

4月20-23日，由中国核学会指导、中国核学会核聚变与等离子体物理分会主办、新奥集团承办的第四届“受控核聚变与人工智能技术学术会议”在廊坊举办，新奥能源研究院院长刘敏胜在4月21日的会议开场致辞中介绍了新奥聚变装置最新的进展。

4月16日，新奥“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置实验取得重大突破，实现了高温高密度百万安培(兆安)等离子体电流。

“玄龙-50U”由新奥集团自主设计建造，是在中国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置“玄龙-50”的基础上升级而来，于2024年1月24日实现首次等离子体放电。

2024年8月，“玄龙-50U”开展的500千安培等离子体大电流实验取得成功，达成装置设计的关键性能指标。

“托卡马克和球形环的一个核心机制是用等离子体电流来实现等离子体约束，所以电流越大，装置整体性能越好。”

刘敏胜在4月21日接受界面新闻采访时表示，达到兆安级电流的传统托卡马克装置基本已处在世界前列水平。在球形环领域，目前全球只有英国的MAST-U、美国NSTX-U和新奥的“玄龙-50U”三个球形环装置实现了这一目标。

“在2026年，我们要率先在这个装置上实现氢硼聚变的反应。”刘敏胜说。

核聚变是轻原子核结合成较重原子核并放出巨大能量的过程。由于聚变原材料资源相对丰富，且无污染排放，因此可控核聚变一直被认为是人类解决能源问题的重要出路，视为“终极能源”。

当前可控核聚变技术路线主要有三种，包括重力场约束核聚变、激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。其中，磁约束核聚变目前研究的装置包括托卡马克、仿星器、反向场箍缩及磁镜等。

托卡马克被誉为“人造太阳”，其装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。球形环是更接近球形的一种托卡马克，相较于传统托卡马克(形状接近轮胎)更紧凑。

等离子体是指在高温下，电子脱离原子核形成自由电子和离子的物质状态。

新奥集团是中国最早开展商用聚变能源开发的民营企业，自2017年以来聚变研发投入达40亿元，为研发投入超2亿美元(约合14.6亿元人民币)的全球八家聚变企业之一。

早在2019年，新奥建设的中国首座中等规模球形环聚变实验装置“玄龙-50”就建成并实现等离子体放电。

“就整体磁约束路线而言，‘玄龙-50U’属于大型装置，国内能做到1兆安的磁约束装置，也就是全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)和‘中国环流三号’(HL-3)。”

4月21日，新奥聚变首席科学家彭元凯和新奥聚变实验首席科学家石跃江在接受界面新闻等媒体采访时表示，“玄龙-50U”不仅达到了兆安级别，且是高温度高参数的等离子体，验证了氢硼等离子体可以达到高参数，为后续的磁约束氢硼聚变实验奠定了很好开端。

他们同时指出，此次突破的第二个贡献是对未来的球形环和托卡马克聚变堆实验计划所面临共性难题的支持。比如国际热核聚变堆ITER计划采用实时硼化的方法获得稳定的高参数等离子体，而氢硼放电也同时起到实时硼化的效果，“玄龙-50U”的结果对ITER等装置的运行也有重要的参考价值。

此外，玄龙-50U的非感应电流启动和高效电流驱动的运行模式也为球形环和托卡马克反应堆的稳态运行提供了一种可能解决方案。

不同于国内其他商业核聚变公司将氘氚作为聚变燃料，新奥选择了氢硼聚变技术路线，也就是通过氢原子核和硼原子核的聚变反应，产生3个带正电的氦-4核，释放大量能量。

氢硼聚变不产生放射性的中子，且氢硼储量丰富容易获取，但相较于氘氚聚变实现难度更大。

彭元凯和石跃江两位专家介绍称，氢硼聚变需要更高的等离子体温度(约10-20亿摄氏度，超过氘氚的1-2亿摄氏度)和更优化的磁场约束条件及等离子体温度分布函数控制。

“很多人都认为氢硼聚变难度大，等离子体性能低、参数低，离最后的(聚变)目标很远。”刘敏胜对界面新闻表示，但在氢硼实现兆安级突破后，对这条路线未来商业化的信心就充分了。

新奥的核聚变商业化路线分为三步：第一步为2026年在“玄龙-50U”上实现氢硼聚变反应；第二步是到2030年在下一代聚变装置“和龙-2”实现全面的氢硼聚变；第三步是到2035年前实现工程可行性，将球形环氢硼聚变推进到商业化。

国际上已有装置明确实现了氢硼聚变。2023年3月，日本国立聚变科学研究所(NIFS)与美国聚变公司TAE合作，已首次在磁约束聚变等离子体中实现了氢硼聚变实验。