2025年初,中国科学院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克装置EAST(东方超环)创下一项震动全球聚变界的纪录——在一亿摄氏度的高约束等离子体状态下稳定运行1066秒,接近17分钟,是此前世界纪录的2.6倍;同时装置也实现了1.2亿摄氏度的稳定运行。
消息传出,美日多国研究团队最初的反应几乎一致:这不可能。然而当他们照着中国团队的思路去复现实验,最终不得不承认——中国是对的。
这一突破把可控核聚变商用化的时间表整整往前推了十年,也让"永远还有五十年"这个流传了半个多世纪的调侃有了被终结的可能。
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到了2026年,与之呼应的另一条商业化路线也正在加速——上海临港的能量奇点公司正沿着高温超导托卡马克路径,推动聚变从科学装置迈向产品。要真正理解这项成就的分量,需要先厘清可控核聚变到底是什么、难在哪里。
核裂变与核聚变同属核能,两者都是通过核反应使反应产物的总质量小于反应原料的总质量,从而依据爱因斯坦的质能方程将质量差转化为能量。
裂变使用的是原子序数较大、放射性较强的重原子核,通过分裂成几个较轻的原子核释放能量,对应原子弹与裂变电站;聚变则相反,是让两个质量较轻的原子核相互碰撞融合成一个较重的原子核,对应氢弹的原理。
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所谓"可控",就是要让原本瞬间释放的巨大能量按照人类的设计需求稳定输出。在实现可控核聚变的技术路线中,恒星依靠自身巨大的重力使原子聚集到足够高的密度而持续释放能量。
地球上无法产生如此巨大的重力,因此人类主要采用两种方法:磁约束与惯性约束。托卡马克属于磁约束范畴,最早由苏联提出,其核心思想是通过特定位型的磁场——形状类似一个甜甜圈——将高温等离子体约束其中,避免与固体壁面直接接触。
惯性约束以美国NIF装置和中国九院神光装置为代表,用大量激光在极短时间内同频照射靶核以压缩反应,但电能到激光的转化效率不到百分之三,只能短脉冲运行,本质上更适合作为先进核武器研究的手段,而非民用发电路径。
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相比之下,托卡马克在决定能量增益的物理参数——三乘积(等离子体密度、温度与约束时间的乘积)——上高出其他磁约束路线两到四个数量级,是全球共识的主流路线,全世界正在运行的托卡马克装置已超过一百台。
要让托卡马克运转,必须通入大电流以产生极强的磁场约束等离子体,而磁体材料的演进构成了托卡马克的三个阶段。早期为验证性能,绝大部分装置采用铜制磁体,铜作为常规导体会剧烈发热,只能秒级或十几秒短脉冲运行。
此后进入低温超导阶段——中国合肥的EAST便是全球第一台全低温超导托卡马克,2006年至2007年间建成;随后韩国的KSTAR、日本的JT-60SA相继投运,全球全低温超导装置目前仅此三台。
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这类装置可以长时间运行,但低温超导材料的临界磁场有限,一旦超过阈值便丧失超导性,商业化装置因此必须建造得极其庞大。
正在法国建设的国际热核聚变实验堆ITER便是典型——1990年代完成设计,2006年开建,投入资金已达二百五十亿欧元,工期延期至2034年前后,第一次等离子体放电原本要到2035年才能实现,其未来度电成本可能是火电的百倍以上,本质上仍是一台科学装置而非商业电厂。
2018年前后,第二代高温超导材料实现了工业化量产,其低温运行下的临界磁场强度可以达到低温超导的一倍以上。依据过去六七十年间积累的定标率,托卡马克的三乘积正比于磁场的3.5次方和装置线性尺寸的2.5次方。
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这意味着磁场提高一倍,装置线性尺寸就能缩到原来的百分之三十左右,体积和造价均可下降约两个数量级。
美国麻省理工学院与CFS公司于2018年率先推出SPARC装置,目标是在与ITER相同的Q值下将体积压缩至百分之二三、造价从二百五十亿欧元降到十亿美元级。
而在中国,2021年成立于上海临港的能量奇点,则成为国内第一家以聚变商业化为目标、走高温超导托卡马克路径的创业公司。
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其创始人本科毕业于北京大学物理系、博士就读于斯坦福大学理论物理专业,判断依据在于:如果不计成本,人类实现聚变发电在工程上已具备扎实基础,真正的商业拐点在于将度电成本压到火电水平,而高温超导材料带来的两个数量级降本正是这一工程拐点。
能量奇点的三步走战略清晰勾勒出商业化路径。
第一步是原理样机洪荒70,用以验证高温超导材料建造完整装置的工程可行性,装置已于2024年建成并成功点亮第一等离子体,国产化率超过96%;第二步是洪荒170,目标在2027年底前建成,实现Q值大于等于十且成本远低于国际同类装置;第三步是聚变示范电站洪荒380,计划于2030至2035年间建成,电输出功率约五十万千瓦,将作为产品出售给核电业主或地方能源央企。
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2025年公布的"今天磁体"是一台大孔径高温超导磁体,最高磁场强度达21.7特斯拉,超过CFS与MIT此前二十特斯拉的纪录,成为洪荒170环向场磁体的全尺寸工艺预研件——目前全球有能力制造这一量级大孔径高磁场磁体的团队仅有中美两家。
如今站在2026年年中回望,中美两国已成为聚变商业化进展最快的两个市场,且天然分割。全球聚变领域总融资规模接近六十亿美元,美国及西方拥有约四十家创业公司,中国国内不到十家。
人工智能的指数级增长最终会遭遇能源瓶颈——只要能源成本下降,需求就会被迅速用光,就像算力从未过剩一样。
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反过来,人工智能对聚变的价值也在快速释放:DeepMind已在欧洲一台托卡马克上用AI实现等离子体控制,AI算法在诊断增强、等离子体模拟等环节都能大幅压缩实验次数、降低硬件成本。
现在回到EAST这次1066秒的意义——这是最关键的一个坎,之前大家不知道能不能稳态烧,现在证明了能,剩下的就是放大,做更大的装置,解决材料问题,解决氚增殖问题,都是工程问题,不是原理问题了。
工程问题就好办了,只要钱到位,人到位,砸钱砸人就能解决,不像以前原理都没通。
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中国接下来的路线图都定好了:EAST是实验装置,做原理验证;2030年左右建成CFETR中国聚变工程实验堆,装置规模远大于EAST,将开展聚变发电工程验证,目标实现百兆瓦级聚变功率输出,为后续百万千瓦级商用聚变示范电站打下核心工程基础;2040年左右建成示范电站,验证商业化稳定发电盈利能力;2050年之前,实现聚变电力商业化推广,家家户户用上核聚变发的电。
70多年前,我们连火柴都叫洋火,钉子都叫洋钉,什么都要靠进口;70年后,我们造出了全世界最先进的人造太阳,领着全世界往能源自由走。这不是什么天上掉下来的奇迹,是几万科研人员在合肥那个科学岛,闷头干了几十年,一代接着一代干出来的。
从EAST的1066秒到能量奇点的高温超导托卡马克,中国正沿着两条相互呼应的路径逼近同一个终点——把聚变从科学殿堂拉进商业电网。
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国家队负责验证极限参数、突破原理边界,创业公司负责压低造价、把装置变成可复制的产品,两者共同支撑着2050年前商用的时间表。这一次美日专家不再是质疑者,而是复现者与追随者,"中国是对的"这句结论,比任何宣传都更能说明硬实力的分量。
当电力便宜到近乎免费,海水淡化、人工合成粮食、零碳工业都将从设想变为日常,人类文明也将从化石能源时代整体跃入核聚变时代——功在当代,利在千秋。
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