未來向新產業太陽讓人造照進現實裏的力

发布时间：2026-09-09 10:04:25 来源：relx電子菸資訊網 作者：休閑

胡忠軍正在測量壓縮機陰陽轉子的新齧合間隙。中國科學院理化技術研究所供圖

　　核聚變是未产太陽發光發熱的原理，它是业里指兩個或多個輕原子核，在極高溫度和壓力下，力让聚合形成重原子核，人造同時釋放巨大能量的太阳核反應。核聚變能安全、照进清潔，现实幾乎取之不盡、新用之不竭。未产因此，业里這一人類未來的力让理想能源也被稱為“人造太陽”。

　　核聚變能如何從實驗室走向產業，人造何時能走進尋常百姓家？太阳記者近日進行了采訪。

　　一旦實現商用，將大幅降低人類對化石能源依賴，有望重塑全球能源體係

　　核聚變能之所以被視為“人造太陽”，首先在於它的主要燃料氘（氫的同位素）在地球上“儲量”非常豐富，且分布廣泛。中核集團聚變領域首席科學家段旭如介紹，氘大量存在於海水中，每升海水提取出的氘通過聚變反應可釋放相當於燃燒300升汽油的能量。

　　其次，核聚變能具有固有安全與環境友好的特性，因核聚變反應需上億攝氏度高溫等非常苛刻的條件，如出現反應故障會因不滿足反應條件而自動停止，無熔毀風險。此外，沒有長壽命的放射性產物，運行過程也不產生溫室氣體。“因此，核聚變能一旦實現商用，將大幅降低人類對化石能源依賴，有望重塑全球能源體係，實現經濟社會可持續發展。”段旭如說。

　　當前，我國多個核聚變裝置加快建設，科研、工程和產業發展同步推進。四川成都，新一代“人造太陽”中國環流三號突破“雙億度”，預計到2027年將開展燃燒等離子體實驗研究；安徽合肥，全超導托卡馬克核聚變實驗裝置實現1億攝氏度上千秒的穩態運行，世界首個緊湊型聚變能實驗裝置項目也在加快建設。

　　“核聚變本質是恒星供能反應，想要實現自持聚變，須在高溫、高密度電離氣體（等離子體）環境下達成反應條件。”中國科學院理化技術研究所研究員胡忠軍介紹，現有核聚變主流路線分為磁約束（以托卡馬克、仿星器為代表）、慣性約束（以激光驅動靶丸為代表）兩大類，還有磁化靶聚變等新概念方案。

　　其中，托卡馬克磁約束核聚變是當前較有希望率先實現核聚變能應用的技術路線。圍繞該技術路線，中核集團核工業西南物理研究院（以下簡稱“西物院”）、中國科學院等離子體物理研究所（合肥）等單位，在等離子體高參數和長脈衝運行、聚變堆關鍵技術研發、核心部件研製等方麵取得一係列進展。同時，國內高校院所積極參與核聚變研究；民營企業也積極進入核聚變能新賽道，多元化技術路線加快發展。

　　“一般來說，實現核聚變能的商業化運用，需要經曆6個主要階段，包括原理探索、規模實驗、燃燒實驗、實驗堆、示範堆、商用堆。”西物院聚變科學實驗所研究室主任肖國梁說，目前我國正處於“燃燒實驗”階段，已具備開展相關實驗的等離子體參數及裝置運行等條件。

　　在中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所，科研人員在檢查“人造太陽”高溫超導中心螺管線圈測試平台。

　　我國在聚變裝置運行、聚變堆關鍵技術研發等方麵取得了一係列重要進展

　　近年來，我國在聚變裝置運行、聚變堆關鍵技術研發等方麵取得了一係列重要進展。

　　前不久，由我國牽頭製定的ISO 19991:2026《聚變技術—實驗磁約束聚變設施—聚變裝置用超聲分子束注入加料技術》正式發布，這是聚變加料領域首項國際標準。

　　超聲分子束注入加料技術，是可控核聚變裝置的關鍵燃料補給技術，也是我國原創的先進聚變加料技術，已在國內外10餘個磁約束聚變實驗裝置上應用。

　　該技術從原創研究、裝置應用到國際標準的跨越，是我國核聚變研究和關鍵技術加快突破的縮影。

　　2025年3月，中國環流三號在國內首次實現原子核（離子）1.17億攝氏度、電子1.6億攝氏度的“雙億度”高參數運行，創下我國聚變裝置運行新紀錄。2025年5月，該裝置聚變“三乘積”達10的20次方量級，推動我國聚變快速挺進燃燒實驗。

　　在此過程中，高功率微波回旋管、高功率中性束注入加熱係統、提高芯部能量約束的新方法、三光柵精密光譜儀、緊湊型湯姆遜散射多色儀等一大批新原理、新方法、新裝備投入應用。

　　高功率回旋管是中國環流三號裝置電子回旋共振加熱係統的核心生命部件，曾長期依賴進口。2020年，西物院團隊開啟了一場以全套電子回旋係統國產化為目標的科研攻關，準備攻克係統最後一個技術堡壘。

　　回旋管是一根高2米多、重300多公斤的金屬圓筒，看似毫不起眼，其實內部結構極其精密複雜，技術壁壘極高。“光物理特性分析、研究，我們就花了3年多的時間。怎麽匹配物理特性及工程實現，從設計到工藝我們更是嚐試了無數次。”中核集團學科帶頭人、中國環流三號電子回旋加熱係統總師黃梅回憶。

　　探索與優化協同推進，製造與迭代設計同步進行，經過反複嚐試，科研人員終於研製出高功率微波回旋管。這一突破，讓我國站到了億攝氏度高溫這一核聚變領域的最前沿。

　　作為複雜的係統工程，核聚變能在材料、低溫、磁體、測試和控製等方麵，同樣催生了大量的技術和工程需求。

　　“可控核聚變超導強磁場的實現依賴於液氦溫區到液氫溫區的低溫環境。隨著核聚變能的發展，低溫製冷係統的規模也在不斷增大。”胡忠軍舉例，在大型低溫係統中，氦氣壓縮機是核心動力設備。

　　多年來，中國科學院理化技術研究所深耕螺杆氦氣壓縮機技術。2015年，該所與福建雪人股份有限公司成立聯合實驗室，一起攻關大型螺杆氦氣壓縮機技術。他們打破傳統轉子型線設計上低轉速原則的固有思維，開發出適用於小分子量氣體壓縮的新型轉子型線，解決了氦氣容易泄漏和絕熱指數大帶來壓縮熱大的難題，有效提高了氦氣壓縮機的效率和可靠性，形成了係列工業化產品，整體技術達到國際領先水平。

　　發展核聚變能，我國有何優勢？段旭如表示，我國擁有完整的核工業體係和豐富的核工程經驗，要發揮企業在工程設計、材料生產、裝備製造等領域的產業賦能優勢，聚焦核工程技術在聚變堆全生命周期的關鍵作用，推進我國核聚變能高質量發展。

　　工程化實踐已形成堅實基礎，正朝著建設工程實驗堆、商業示範堆的目標穩步邁進

　　從全球看，聚變能商業化已形成加速態勢。據國際原子能機構《2025年世界聚變展望》報告，全球有近40個國家推進聚變計劃。

　　然而，聚變能商業化仍麵臨多重挑戰。其中，科學與技術層麵亟須突破燃燒等離子體穩態運行、耐高能中子轟擊及高熱負荷材料等難題；產業生態上，還需解決產供鏈成熟性、經濟可承受性、投資可持續性、監管可適配性等問題。

　　“我國聚變工程化實踐已形成堅實基礎，正朝著建設工程實驗堆、商業示範堆的目標穩步邁進。”段旭如表示。

　　“我國將核聚變能列為前瞻布局的未來能源戰略重要環節，並加快聚變科學、工程能力建設。國內聚變發展以國家科研體係和重大科學裝置為牽引，形成從基礎物理實驗、關鍵係統綜合驗證到燃燒等離子體及工程堆研究的遞進路徑，並通過重大裝置投資、專項研發、產業集群、公共平台、供應鏈本土化等，落實為具體工程任務。”胡忠軍認為。

　　機遇與挑戰並存。肖國梁介紹，近年來，人工智能已經在等離子體運行監測、控製及不穩定性預測等研究中獲得初步驗證，有望解決等離子體控製難題，並在聚變堆係統研發、運維等方麵展現出很大的發展空間和潛力。高溫超導磁體如果取得突破，將可以提供更強磁場，有望大幅提升等離子體性能，從而使得未來聚變堆規模變得更加緊湊，縮短建造周期與降低成本，加速技術迭代。

　　在核聚變領域，民營企業的探索也有進展。比如，諾瓦聚變能源科技（上海）有限公司開發出了場反位形小型模塊化反應堆（FRC—SMR）核聚變實驗裝置諾瓦一號。

　　諾瓦聚變公共事務負責人梅華燈介紹，諾瓦一號融合現有磁約束與慣性約束技術的優勢，利用脈衝反應能量直接發電，可用氘氚、氘氦3等多種燃料，目標是實現高密度、7×24小時穩定、零碳、靠近用戶、成本有競爭力的算電協同商業化應用。今年已順利完成四大核心部件國產化突破，目前開始總裝集成，10月裝置進入投用測試階段，並計劃在2027年實現1億攝氏度聚變溫度。

　　發展核聚變離不開全球科技合作。自2006年我國參加國際大科學工程國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃以來，上百家國內企業和單位參與了ITER項目，涵蓋材料研發、關鍵技術與工藝開發、加工製造以及聚變堆集成安裝等任務。中國科學家和工程師作出的貢獻，有力推動了ITER計劃的發展，也得到了全球高度評價。

　　“國際磁約束受控核聚變研究始於上世紀50年代，如今已來到世界範圍內開放合作、共同參與的研究階段。”段旭如說，核聚變能承載著解決能源短缺、氣候變化等人類共同難題的使命，開放合作是應對這些挑戰的必然選擇。

随便看看