“人造太阳”，何时点亮万家灯火（国际科技前沿）

吴宜灿

能源是人类社会发展的永恒主题。近年来，有着“人造太阳”之称的可控核聚变能研发在全球范围内不断取得重要进展，技术路线日益多元、创新主体竞相涌现，加速从科学可行迈向工程验证。在这一领域，中国研究水平持续提升、国际影响力稳步增强，美国、欧洲、日本等国家和地区也在持续加大投入，力求在新一轮能源革命中占据主动。同时也应看到，可控核聚变能从实验室走向电网仍面临不少物理、工程与经济挑战，其商业化仍是一项需要长期投入的跨代工程。

模拟太阳发光发热机制——

努力让这团“火球”悬浮在空中，不碰壁、不熄灭，保持长时间稳定约束、高性能运行

什么是“人造太阳”？太阳之所以发光发热，是因为其核心在极高的温度和压力下，将氢原子核“揉”在一起，聚合成氦原子核，并在此过程中释放出巨大能量。由于模拟了太阳内部这种释放能量的机制，可控核聚变能被形象地称为“人造太阳”。它的主要燃料之一——氘可从海水中提取，资源丰富；运行过程既不排放二氧化碳，也不会像传统裂变核电那样产生大量高活度、长寿命的放射性废物。这一技术运用一旦取得突破，有望为人类提供持续稳定的清洁能源。

不过，人类要想在地球上复制这种能量释放过程，难度极大：需要把燃料加热到上亿摄氏度，让物质变成一种由大量带电粒子组成的特殊状态，叫作“等离子体”。但是任何固体材料都无法通过直接接触来长期承受这种高温。怎么办？科学家想出了各种妙招，一种常见思路是让这团“火球”悬浮在空中，不碰壁、不熄灭。

几十年来，主流的方法是用强大的磁场把等离子体“托”起来，像一个无形的笼子把它稳稳包住。这种聚变方式被称为磁约束聚变，其中典型的一类装置叫“托卡马克”。自1988年启动设计，当前汇聚七方30多国、正在法国南部建设的国际热核聚变实验堆(ITER)是规模最大、最具标志性的托卡马克工程。2023年，日本与欧盟合建的JT—60SA装置建成并实现首次等离子体放电，法国的WEST装置于2025年实现1337秒等离子体持续运行。我国的“东方超环”和“环流三号”也是这类装置的代表，2025年“东方超环”实现上亿摄氏度、1066秒的稳态高性能等离子体运行，“环流三号”实现离子温度1.17亿摄氏度、电子温度1.6亿摄氏度运行。

对磁约束路线而言，核聚变发电的前提是，这种反应能够在高参数下持续稳定地进行，而不是像“放炮仗”一样瞬间熄灭。上述一系列突破，体现了高温等离子体在长时间稳定约束、高性能运行等方面的成果，这是未来聚变电站实现连续稳定运行的重要基础，“人造太阳”的技术可行性正在被一步步证实。

多元技术路线并行——

有的依靠强磁场将高温燃料托住稳住，有的利用激光或电流对燃料瞬时挤压加热

如今，通往“人造太阳”的技术路径更加多元，多种聚变路线正并行推进、竞相突破。

与托卡马克这一大型复杂系统路线相比，场反位形等装置更紧凑、迭代更快的新技术路线受到越来越多关注。它不依赖托卡马克通常采用的中心螺线管结构，而是使等离子体能够自组织形成闭合的磁场结构，可在相同磁场条件下努力实现更高压强，这为装置紧凑化和降低单位功率建设成本提供了可能。2023年，美国赫利昂能源公司与微软签署全球首份面向未来商业的聚变购电协议。今年2月，该公司宣布其原型机“北极星”已成功观察到氘氚聚变信号，这意味着装置内发生了可测量的聚变反应。美国TAE技术公司也在利用数字仿真和人工智能持续优化等离子体控制，推进其商业化路线图。

仿星器则是一种外形似麻花的磁约束装置，其磁场结构复杂，理论上更有利于把高温等离子体中的粒子和能量更长时间地“留住”，从而提升装置持续运行能力。2025年，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所的W7—X装置在长脉冲(即较长时间持续放电)运行条件下创造了三乘积(对等离子体温度有多高、密度有多大、能量保持多长时间这三项指标的综合评价，被视为衡量聚变装置性能的核心标准)世界纪录，并将高性能等离子体状态维持了43秒，这表明仿星器在长时间稳定运行方面展现出越来越突出的潜力。

另一大类重要思路则是在极短时间内把燃料迅速压缩、加热，从而触发聚变反应，这就是惯性约束聚变。其中最受关注的一种实现方式，是利用高能激光来驱动燃料内爆。2025年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)利用192束高能激光同时轰击一颗装有不足1毫克氘氚燃料、比芝麻还小的靶丸，在数十亿分之一秒内将其压缩到比太阳核心还致密的状态，诱发聚变反应。一次实验释放的能量达到8.6兆焦，约相当于一台1000瓦电暖器连续工作2个多小时所消耗的电能。这次实验结果表明，聚变释放的能量不仅超过了注入靶丸的激光能量，这种能量增益更进一步提高到4倍以上，再次验证了激光聚变点火的可重复性，标志着实验室点火研究推进到更高水平。

还有团队另辟蹊径，用电流产生的强大磁场“箍”住等离子体，像用无形的橡皮筋把它紧紧勒住，这种方法叫“Z箍缩”。美国聚变能源技术公司“扎普能源”近期宣布，其最新一代“FuZE—3”装置在等离子体压强等关键指标上取得突破，提升了Z箍缩等离子体的稳定性，也展现出这一路线在推动装置紧凑化方面的潜力。

这些不同路线就像通往山顶的不同路径：有的依靠强磁场将高温燃料托住、稳住，尽量避免与装置壁面接触；有的利用激光或电流在极短时间内对燃料瞬时挤压、迅速加热。这种多元并行的探索，为解决可控核聚变能技术在物理、工程等方面的挑战拓展了更多空间。

创新生态更加活跃——

国家主导、国际合作、商业参与汇聚合力，中间技术和平台“沿途下蛋”加快产业运用

当前，全球可控核聚变能创新生态正在发生深刻变化：国家主导、国际合作、商业参与等各方力量正加快汇聚，推动核聚变能研发进入新的活跃期。ITER作为全球规模最大的能源科技合作项目，汇聚了多国科研力量，共同探索托卡马克路线下聚变反应的工程可行性。美国、欧洲、日本等国家和地区也在不断加大投入，支持核聚变能技术研发。我国核聚变能研究已实现由“跟跑”向“并跑”、部分方向进入国际前列，完备的工业体系优势也正在为核聚变能工程化提供有力支撑。

与此同时，商业核聚变企业快速涌现，社会资本纷纷进入，这是全球可控核聚变能创新生态变化的一个重要表现，有望加速推动可控核聚变能技术更快走向实用验证。在这一进程中，人工智能正成为点亮“人造太阳”的关键新变量。人工智能有望在海量材料与结构方案中，加速筛选耐极端环境的候选材料，也可为等离子体的状态识别、预测预警与辅助控制提供新工具，帮助提升控制的及时性与精度，并为探索新的结构布局和运行模式打开更多可能。

总体而言，当前可控核聚变能研究整体上仍处于从科学可行向工程验证跨越的关键阶段。NIF等最新进展更多体现为实验室尺度下点火与燃烧能力的提升，而非电网侧稳定供能的实现；ITER最新调整后的时间表也表明，其研究运行预计到2034年启动、氘氚实验运行预计到2039年展开，庞大复杂的系统集成难度由此可见一斑。同时，国际聚变研发重点正逐渐转向更贴近工程实现的关键问题，如等离子体稳态运行、氚燃料自持循环、耐极端环境材料、装置安全性与经济性等，这些仍是国际普遍公认的难点和挑战。可控核聚变能不是单纯的高温参数或者长脉冲实验，其目标是打造一种全寿期、安全、可靠的能源系统，其商业化路径必然是多方积累、逐步验证的长期过程。

核聚变能走向产业化，不应等待最终电站的建成。事实上，在当前产业化路径上，一些聚变相关的中间技术和平台已开始用“沿途下蛋”的思路打开现实应用空间。例如由我国凤麟核团队研发的高性能聚变中子源等相关技术，已在无损工业检测与安全、高端医疗健康等领域实现了产业转化，取得了显著应用成效。这种“以途促终”的模式，有助于形成技术演进促进产业成长的良性循环，也可以让更多公众了解核聚变能技术的现实价值。

从实验室点火到电网稳定供能，可控核聚变能还需跨越漫漫长路。这是一项跨越代际的探索，更是综合国力的竞争。相信在全球科研人员的不懈探索下，“人造太阳”的光芒终将照亮未来。

(作者为中国科学院院士、国际核能院院士)