勾勒人类能源转型未来蓝图 中国加速向前

（来源：中国电力新闻网）

转自：中国电力新闻网

　　我们的生活离不开能源。在“十五五”规划建议中，有两位“能源新秀”被列为未来产业，那就是氢能和核聚变能。先说说氢能，它是一种清洁能源，而且在产业化方面已经有了一些应用。而核聚变能大家可能觉得离我们还很遥远，但其实，我国在这方面已经实现从无到有、从弱到强的跨越，而且还不断传来好消息。简单地说，核聚变就是模拟太阳发光发热。核聚变能燃料丰富、清洁环保、安全性高，所以也被称为人类的“终极能源”。氢能、核聚变能正共同勾勒着人类能源转型的未来蓝图，中国正加速向前。

　　今天，支撑人类社会运转的几乎一切能源，从煤、石油、天然气到风能、生物能，其本质都是太阳能，而太阳上的能量来自内部的核聚变反应。长久以来，人类一直希望通过可控核聚变反应，来创造出“人造太阳”，从而获得源源不绝的能源。

　　位于合肥市西郊的科学岛，面积不足3平方公里，却是中国核聚变研究的策源地与主阵地。2025年，在这里有关核聚变的研究捷报频传。1月，“东方超环”（EAST）终于创下1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行的世界纪录；5月，中国下一代紧凑型聚变实验装置工程（BEST）的总装正式启动；2025年年底，聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）进入全面建成收尾阶段。三箭齐发，一个世界级核聚变研究装置集群正在形成。

　　中国科学院合肥研究院研究员、“赤霄”系统负责人周海山：“这样的话我们既有（EAST）物理实验，又有像CRAFT这样的工程技术跨越，又有（BEST）关键的像中子和氚的这样的核技术突破，确保所有条件都具备了，我们就可以放心地建聚变堆了。”

　　聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT），又名“夸父”，由19个系统组成。“赤霄”是“夸父”装置的一个子系统，它产生的强大等离子束就像一把看不见的光剑，专门轰击各种实验材料。在“赤霄”内部，相当于一万倍以上的正午阳光强度的热流冲击下，普通材料会瞬间汽化。但是正在实验的钨铜复合材料，却能保持结构完整。钨铜复合材料——用于制作核聚变装置最核心的内部“铠甲”，承受核聚变反应产生的、高温和辐照，想要掌控核聚变，就要先从最基础的材料研发做起。

　　工艺极难、要求极高。这种钨铜复合材料的研发历程，实际是中国核聚变领域步步突破的缩影。而科学岛上的聚变装置集群，演绎的也正是中国核聚变研究从无到有，从追赶到引领的历史。

　　自上世纪七十年代开始，位于合肥科学岛上的中国科学院等离子体物理研究所陆续自主设计并建造了四代托卡马克装置。托卡马克是迄今为止国际上最成熟的核聚变主流技术路径，它的目标就是实现可控核聚变。它的原理也并不复杂：在真空室里加热氘和氚，形成等离子体“超级火焰”；用强大的磁场做一个“无形牢笼”困住“火焰”，让原子们在里面不断碰撞融合，发生聚变反应，从而释放出巨大的能量。理论上的可行性，需要实验中的验证。而可控核聚变从实验开始的每一步，都需要解开远超常规工业水平的难题。

　　中国科学院合肥研究院工程师蔡其敏：“托卡马克基本上囊括了大部分工科类的学科，又高度集成到一个装置上面。聚变研发其实跟很多学科领域的进步息息相关。聚变每前进一步，也代表着相关的跟聚变一起发展的学科也都在前进一步。”

　　2006年，“东方超环”（EAST）在科学岛上建成运行，并实现首次放电。它是国家“九五”重大科技基础设施，也是世界上第一个建成并运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。

　　托卡马克装置运行时，真空室内等离子体的温度超过太阳核心的7倍，即便是瞬间接触，也能融化一切。这就要求关键部件必须要承受得住高温的考验。最初，EAST使用的是石墨材料，但这种材料已经成为冲击极限的瓶颈。

　　作为难熔金属领域中最具实力的国家队，中国钢研所属安泰科技受命研发钨铜复合材料。当时，在这一领域，中国材料界没有任何可借鉴的工程化经验。

　　安泰科技难熔金属领域首席科学家王铁军：“它的合理性、科学性已经经过理论计算是没有问题了。能不能把它做出来，所有检测数据的指标全部达到要求，你给它做出来。那个时候对全球来讲，也是一个材料制备的挑战。”

　　在长达四年的攻关中，王铁军团队与中国科学院的科研人员们经历了无数次失败。团队反复调整后，第一根合格构件终于成功出炉。2014年，EAST在更换国产化钨铜复合材料部件之后，不断创造纪录。2016年突破60秒，2017年达到101秒，2023年实现403秒，2025年1月终于创下1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行的世界纪录。这一过程的背后，是构成EAST的每一个系统都走过了从材料到工艺、从实验室到车间步步闯关的迭代和优化。

　　周海山：“EAST（东方超环）1000秒是综合能力的体现。不管是超导磁体技术能力，还有辅助加热能力，就等离子体被加热（到极高温），还有包括我们的材料能够承受。所以它是各个方面技术积累的综合，缺哪一块我们都很难取得1000秒。”

　　然而，到目前为止，全球范围包括EAST在内的所有托卡马克装置，只是开展了核聚变发电的前期科学研究。

　　既然如此之难，我们为什么还要发展核聚变呢？大家知道，现在商业发电的核电站采用的是核裂变，虽然技术日趋成熟，但是，核裂变燃料有限，会产生核废料。与核裂变相比，核聚变拥有明显的优势，首先就是核聚变的原料氘可从海水中提取，几乎无限。在安全方面，核聚变装置一旦发生故障，反应会因失去条件而瞬间中止，没有核泄漏污染的风险。另外，核聚变的能量密度远超核裂变。仅仅1克燃料释放的能量，就相当于燃烧8吨石油。

　　虽然核聚变优势明显，但是要实现可控核聚变，每一步都需要付出难以想像的努力。在科学研究和商用发电之间，还有漫长的空白地带需要穿越。而中国在这条道路上一直在前行，并不断超越。

　　当前，全球核聚变研发已进入加速期，这一过程不仅需要人才、资本的深度聚合，更离不开创新机制的保驾护航。在科学岛上，伴随核聚变装置同时落地的是新型举国体制的探索与实践。而在合肥，围绕聚变产业的构建，由国家实验室、国家科研机构、高水平研究大学、科技领军企业共同参与，同时吸纳民营企业、社会资本加入，形成协同攻关的局面。

　　合肥市发展改革委科学中心工作处处长李辰：“项目的组织实施方面，应该是新型举国体制的有益探索，几方重要市场主体都进行了参与和介入，发挥了自己的所长。”

　　国务院发展研究中心产业经济部第四研究室主任周毅：“新型举国体制在推动核聚变产业发展中有比较强的优势，这种模式最大的好处就是避免了单打独斗式的发展，各方主体参与之后各司其职，各自发挥自己的作用，发挥出1+1大于2的作用。”

　　一个聚焦于产业链协同的安徽省聚变产业联合会也同步成立。联合会的成立，为破解科研与产业“两张皮”的难题搭建了关键平台。两年时间里，产业联合会的成员从最初的60家发展为200多家，既有行业里的先行者，也有试图在聚变产业中寻找机会的企业。

　　日渐成熟的产业生态，为聚变产业后来者留下了更多机遇。孙玄是中国科学技术大学教授。2024年，他牵头成立了核聚变企业，探索小型化聚变装置，依托的就是大科学装置带动的完备生态。

　　核聚变一旦成功，人类将能用上清洁、廉价、无限的能源，更将带动超导、精密制造、特种材料等产业链实现跨越发展，为人类社会发展注入永续动力。

责任编辑：刘础琪