让“人造太阳”照进现实

（来源：中国环境网）

转自：中国环境网

核聚变是太阳发光发热的原理，它是指两个或多个轻原子核，在极高温度和压力下，聚合形成重原子核，同时释放巨大能量的核反应。核聚变能安全、清洁，几乎取之不尽、用之不竭。因此，这一人类未来的理想能源也被称为“人造太阳”。

核聚变能如何从实验室走向产业，何时能走进寻常百姓家？记者近日进行了采访。

一旦实现商用，将大幅降低人类对化石能源依赖，有望重塑全球能源体系

核聚变能之所以被视为“人造太阳”，首先在于它的主要燃料氘（氢的同位素）在地球上“储量”非常丰富，且分布广泛。中核集团聚变领域首席科学家段旭如介绍，氘大量存在于海水中，每升海水提取出的氘通过聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量。

其次，核聚变能具有固有安全与环境友好的特性，因核聚变反应需上亿摄氏度高温等非常苛刻的条件，如出现反应故障会因不满足反应条件而自动停止，无熔毁风险。此外，没有长寿命的放射性产物，运行过程也不产生温室气体。“因此，核聚变能一旦实现商用，将大幅降低人类对化石能源依赖，有望重塑全球能源体系，实现经济社会可持续发展。”段旭如说。

当前，我国多个核聚变装置加快建设，科研、工程和产业发展同步推进。四川成都，新一代“人造太阳”中国环流三号突破“双亿度”，预计到2027年将开展燃烧等离子体实验研究；安徽合肥，全超导托卡马克核聚变实验装置实现1亿摄氏度上千秒的稳态运行，世界首个紧凑型聚变能实验装置项目也在加快建设。

“核聚变本质是恒星供能反应，想要实现自持聚变，须在高温、高密度电离气体（等离子体）环境下达成反应条件。”中国科学院理化技术研究所研究员胡忠军介绍，现有核聚变主流路线分为磁约束（以托卡马克、仿星器为代表）、惯性约束（以激光驱动靶丸为代表）两大类，还有磁化靶聚变等新概念方案。

其中，托卡马克磁约束核聚变是当前较有希望率先实现核聚变能应用的技术路线。围绕该技术路线，中核集团核工业西南物理研究院（以下简称“西物院”）、中国科学院等离子体物理研究所（合肥）等单位，在等离子体高参数和长脉冲运行、聚变堆关键技术研发、核心部件研制等方面取得一系列进展。同时，国内高校院所积极参与核聚变研究；民营企业也积极进入核聚变能新赛道，多元化技术路线加快发展。

“一般来说，实现核聚变能的商业化运用，需要经历6个主要阶段，包括原理探索、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆、商用堆。”西物院聚变科学实验所研究室主任肖国梁说，目前我国正处于“燃烧实验”阶段，已具备开展相关实验的等离子体参数及装置运行等条件。

我国在聚变装置运行、聚变堆关键技术研发等方面取得了一系列重要进展

近年来，我国在聚变装置运行、聚变堆关键技术研发等方面取得了一系列重要进展。

前不久，由我国牵头制定的ISO 19991:2026《聚变技术—实验磁约束聚变设施—聚变装置用超声分子束注入加料技术》正式发布，这是聚变加料领域首项国际标准。

超声分子束注入加料技术，是可控核聚变装置的关键燃料补给技术，也是我国原创的先进聚变加料技术，已在国内外10余个磁约束聚变实验装置上应用。

该技术从原创研究、装置应用到国际标准的跨越，是我国核聚变研究和关键技术加快突破的缩影。

2025年3月，中国环流三号在国内首次实现原子核（离子）1.17亿摄氏度、电子1.6亿摄氏度的“双亿度”高参数运行，创下我国聚变装置运行新纪录。2025年5月，该装置聚变“三乘积”达10的20次方量级，推动我国聚变快速挺进燃烧实验。

在此过程中，高功率微波回旋管、高功率中性束注入加热系统、提高芯部能量约束的新方法、三光栅精密光谱仪、紧凑型汤姆逊散射多色仪等一大批新原理、新方法、新装备投入应用。

高功率回旋管是中国环流三号装置电子回旋共振加热系统的核心生命部件，曾长期依赖进口。2020年，西物院团队开启了一场以全套电子回旋系统国产化为目标的科研攻关，准备攻克系统最后一个技术堡垒。

回旋管是一根高2米多、重300多公斤的金属圆筒，看似毫不起眼，其实内部结构极其精密复杂，技术壁垒极高。“光物理特性分析、研究，我们就花了3年多的时间。怎么匹配物理特性及工程实现，从设计到工艺我们更是尝试了无数次。”中核集团学科带头人、中国环流三号电子回旋加热系统总师黄梅回忆。

探索与优化协同推进，制造与迭代设计同步进行，经过反复尝试，科研人员终于研制出高功率微波回旋管。这一突破，让我国站到了亿摄氏度高温这一核聚变领域的最前沿。

作为复杂的系统工程，核聚变能在材料、低温、磁体、测试和控制等方面，同样催生了大量的技术和工程需求。

“可控核聚变超导强磁场的实现依赖于液氦温区到液氢温区的低温环境。随着核聚变能的发展，低温制冷系统的规模也在不断增大。”胡忠军举例，在大型低温系统中，氦气压缩机是核心动力设备。

多年来，中国科学院理化技术研究所深耕螺杆氦气压缩机技术。2015年，该所与福建雪人股份有限公司成立联合实验室，一起攻关大型螺杆氦气压缩机技术。他们打破传统转子型线设计上低转速原则的固有思维，开发出适用于小分子量气体压缩的新型转子型线，解决了氦气容易泄漏和绝热指数大带来压缩热大的难题，有效提高了氦气压缩机的效率和可靠性，形成了系列工业化产品，整体技术达到国际领先水平。

发展核聚变能，我国有何优势？段旭如表示，我国拥有完整的核工业体系和丰富的核工程经验，要发挥企业在工程设计、材料生产、装备制造等领域的产业赋能优势，聚焦核工程技术在聚变堆全生命周期的关键作用，推进我国核聚变能高质量发展。

工程化实践已形成坚实基础，正朝着建设工程实验堆、商业示范堆的目标稳步迈进

从全球看，聚变能商业化已形成加速态势。据国际原子能机构《2025年世界聚变展望》报告，全球有近40个国家推进聚变计划。

然而，聚变能商业化仍面临多重挑战。其中，科学与技术层面亟须突破燃烧等离子体稳态运行、耐高能中子轰击及高热负荷材料等难题；产业生态上，还需解决产供链成熟性、经济可承受性、投资可持续性、监管可适配性等问题。

“我国聚变工程化实践已形成坚实基础，正朝着建设工程实验堆、商业示范堆的目标稳步迈进。”段旭如表示。

“我国将核聚变能列为前瞻布局的未来能源战略重要环节，并加快聚变科学、工程能力建设。国内聚变发展以国家科研体系和重大科学装置为牵引，形成从基础物理实验、关键系统综合验证到燃烧等离子体及工程堆研究的递进路径，并通过重大装置投资、专项研发、产业集群、公共平台、供应链本土化等，落实为具体工程任务。”胡忠军认为。

机遇与挑战并存。肖国梁介绍，近年来，人工智能已经在等离子体运行监测、控制及不稳定性预测等研究中获得初步验证，有望解决等离子体控制难题，并在聚变堆系统研发、运维等方面展现出很大的发展空间和潜力。高温超导磁体如果取得突破，将可以提供更强磁场，有望大幅提升等离子体性能，从而使得未来聚变堆规模变得更加紧凑，缩短建造周期与降低成本，加速技术迭代。

在核聚变领域，民营企业的探索也有进展。比如，诺瓦聚变能源科技（上海）有限公司开发出了场反位形小型模块化反应堆（FRC—SMR）核聚变实验装置诺瓦一号。

诺瓦聚变公共事务负责人梅华灯介绍，诺瓦一号融合现有磁约束与惯性约束技术的优势，利用脉冲反应能量直接发电，可用氘氚、氘氦3等多种燃料，目标是实现高密度、7×24小时稳定、零碳、靠近用户、成本有竞争力的算电协同商业化应用。今年已顺利完成四大核心部件国产化突破，目前开始总装集成，10月装置进入投用测试阶段，并计划在2027年实现1亿摄氏度聚变温度。

发展核聚变离不开全球科技合作。自2006年我国参加国际大科学工程国际热核聚变实验堆（ITER）计划以来，上百家国内企业和单位参与了ITER项目，涵盖材料研发、关键技术与工艺开发、加工制造以及聚变堆集成安装等任务。中国科学家和工程师作出的贡献，有力推动了ITER计划的发展，也得到了全球高度评价。

“国际磁约束受控核聚变研究始于上世纪50年代，如今已来到世界范围内开放合作、共同参与的研究阶段。”段旭如说，核聚变能承载着解决能源短缺、气候变化等人类共同难题的使命，开放合作是应对这些挑战的必然选择。