可控核聚变：点亮人类未来的“人造太阳”

你是否曾梦想过拥有自己的“小太阳”？这听起来或许像科幻小说中的情节，其实在科学家的努力下，“人造太阳”——可控核聚变正逐步从实验室走向现实。可控核聚变是将轻小的原子核在极高温度和压力下融合成更重的原子核，这个过程能释放出巨大的能量，就像太阳每天为地球提供光和热一样。可控核聚变不仅代表着一种清洁、高效、几乎取之不尽的未来能源，也预示着人类在能源革命道路上取得重大突破的可能性。

核聚变基础原理——原子碰撞释放能量的奇迹

你有没有想过，太阳每天发光发热的秘密是什么？在太阳的核心，由于极端高温和极高压力，数以亿计的氢原子核不断相互碰撞并融合成氦原子核。每当这种融合过程发生时，就会释放出巨大的能量——这就是核聚变的神奇之处。

核聚变技术不仅帮助我们理解太阳是如何持续发光发热的，也让我们看到了人类利用核聚变作为清洁能源这一构想的无限潜力。核聚变技术由于几乎不产生长期放射性废料，非常环保，而且燃料来源广泛，为未来提供了几乎无穷无尽的能源可能。

目前，可控核聚变有两条主流技术路线，分别是惯性约束和磁约束。这两种技术路线各有优势，且有着不同的应用场景和发展方向，并不存在路线之争或替代关系。

惯性约束核聚变——激光点燃微型恒星

惯性约束核聚变的基本原理可以形象地比喻为“激光点燃微型恒星”。惯性约束核聚变是一种利用强大激光或粒子束在极短时间内将燃料球快速压缩至极高温度和压力，从而触发原子核融合并释放出巨大能量的技术。

在这一过程中，科学家会用多个高能激光或粒子束同时照射一个微小的燃料球，这个燃料球通常由氘和氚组成。激光能量在极短的时间内将燃料球迅速压缩，使燃料内的温度和压力达到足以克服原子核间相互排斥力的条件，进而促使原子核快速融合为较重的核。这一过程非常迅猛，就像瞬间点燃一颗微型恒星，每一次核融合都释放出大量能量，为实验提供了验证核聚变可行性的关键数据。

惯性约束核聚变技术具有能量释放快速、设备紧凑和操作相对简便的显著优势。激光聚变的本质是引爆微型氢弹，且只能脉冲运行，无法稳态输出能源。在应用场景上，惯性约束核聚变主要用于科学实验和原理验证，未来有望在基础科学研究及深空探索中发挥作用。

美国国家点火装置（NIF）于2022年实现了1.53倍的能量增益，截至2025年10月已完成9次点火，并制造出了迄今为止最亮的X射线源，使产出效率提高了1倍。中国于2015年建成的“神光-Ⅲ”装置输出能力位居世界第二，这标志着我国在该领域的研究规模和水平已跻身国际第一梯队。

磁约束核聚变——磁场锁定百万度能量

磁约束核聚变是一种利用磁线圈布置的环形容器装置，通过超强磁场构建“磁力牢笼”，将比太阳表面还要炽热的带电气体（等离子体）牢牢“锁”在容器中央，从而在受控环境下持续进行核聚变反应的技术。这种技术能长时间稳定运行，类似于给核聚变反应“装上了稳固的保险带”，使它有条不紊地释放能量，为实现商业化发电打下坚实基础。

磁约束核聚变具有可长时间稳定运行、适合大规模发电、不需要频繁更换等离子体材料、产生的中子辐射和放射性废物相对较少等显著优势。这些优势决定了磁约束核聚变的能源用途——实现核聚变发电。

目前，国内外在磁约束核聚变领域都有重要进展。2025年1月，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）首次完成了1亿摄氏度、1 066秒的长脉冲高约束模式运行，创下了新的世界纪录。2024年，新一代人造太阳“中国环流三号”项目在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构，对提升核聚变装置的控制运行能力具有重要意义，为未来大规模核聚变发电打下基础。业内专家预测，到2035年，中国有望迎来可控核聚变发出的第一度电。这为商业化应用描绘了一幅充满希望的蓝图。

国际上，国际热核聚变实验堆（ITER）项目是目前全球最大的磁约束聚变实验工程，由多个国家联合开展，现已进入关键设备测试和调试阶段，这对实现超高真空环境和聚变反应至关重要。

挑战与机遇——风雨兼程，共创辉煌未来

虽然可控核聚变被誉为未来的无限清洁能源，但要将这一“人造太阳”从实验室带入实际应用，科学家仍然面临许多技术和经济上的挑战。目前主要有三大挑战，分别是等离子体稳态运行、抗高热和高能中子辐射材料、以及氚增值和氚自持。

除了这三大技术难题外，聚变堆的建设还面临其他诸多困难。例如，目前国际社会尚未建立一套专门适用于聚变堆的安全法规和准则体系。这种体系的建设是一个长期过程，需要持续的时间积累和不断的迭代改进。

尽管存在诸多难题，但正是这些挑战激发了全球科技工作者不断攻关和创新。国际合作、技术突破和不断涌现的最新实验数据，正为核聚变从实验室走向实际应用铺平道路。核聚变作为一种清洁能源，其过程几乎不产生长期放射性废料，同时燃料资源极为丰富，有望彻底改变全球的能源结构，推动新能源革命。新型超导磁体、人工智能控制系统及先进燃料的应用正在为突破现有技术瓶颈提供新的解决思路，这些创新都将助力核聚变技术向实用化、商业化迈进。

本文来源于《科技画报》2025年第4期。李丹妮，上海市科学学研究所助理研究员。傅翠晓，上海市科学学研究所研究员。文章观点不代表主办机构立场。

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