許春陽：中國“人造太陽”研究步入世界第一梯隊

不久前，中國科學團隊研製的聚變堆八分之一真空室及總體安裝系統通過專家組測試與驗收，系統研製水平及運行能力達到國際先進水平，中國核聚變技術水平再次引起熱議。

“人造太陽”——核聚變能源是利用輕元素的核聚變反應釋放能量的能源形式。由於單位燃料聚變反應釋放能量巨大，聚變資源儲量豐富，主要產物清潔安全，可控核聚變一直被科學界視為未來解決人類能源困境的一個清潔、安全、豐富的長久出路。然而，可控核聚變歷經半個多世紀發展，商業應用仍有相當距離。近年來，全世界國際聚變領域再度掀起熱潮，大型裝置和研發項目頻繁取得新進展，私營企業異軍突起，主要國家政策上也跟進支持，形成一股聚變“競賽”態勢。

根據國際原子能機構今年初的數據，全球已有163座在運、在建和計劃建設的聚變研究設施。當今國際重大科學工程之一的國際熱核聚變實驗堆（ITER）在中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方合作下不斷突破難題取得建設進展。各國主要科研機構陸續新建和升級聚變研究設施，實驗成果取得新突破。在國外大型裝置中，美國DIII-D國家聚變設施和國家點火設施（NIF）、俄羅斯T-15MD託卡馬克裝置、英國的歐洲聯合環裝置（JET）、德國Wendelstein 7-X仿星器裝置、韓國KSTAR超導託卡馬克裝置、日本JT-60SA託卡馬克研究裝置等都在不同技術路線和指標上刷新紀錄。

我國聚變研究始於上世紀50年代，中核集團核工業西南物理研究院、中國科學院合肥物質科學研究院等老牌科研機構和一批大學多年求索進步，在託卡馬克、仿星器、球形託卡馬克、反場箍縮裝置、磁鏡裝置、直線裝置、偶極磁場裝置等各類傳統和非傳統技術路線上都有基礎。目前加快發力，在接連取得新突破之下，正逐步進入世界第一梯隊。其中，2024年中國環流三號（HL-3）實現150萬安培電流的高約束模等離子體運行，自主研發的高功率高頻率（105GHz）迴旋管、數字孿生系統等關鍵設備首次投入運行，裝置運行參數和控制水平穩居世界前列。2025年1月，全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）首次創下“1億攝氏度1000秒”的長脈衝高約束模等離子體運行世界紀錄。核聚變技術研發基地、聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施、緊湊型聚變能實驗裝置、中國聚變工程實驗堆等研究和工程實驗設施也在規劃建設。

我們應該如何看待目前世界主要國家在有關“人造太陽”技術發展方面的“競賽”？

首先，新興聚變企業近年來呈現異軍突起態勢，給推動聚變能商業化增添了一股新力量。根據不同統計，全球已有約50傢俬營聚變研發企業，呈快速增長態勢。私營企業大多致力利用新穎方案與技術，大幅加快聚變能實現的進程。一些企業認為，首座聚變電廠有望在2030年代初實現。如英國第一光聚變公司（First Light Fusion）2024年4月3日宣佈“彈丸聚變”取得重大技術進展，加拿大通用聚變公司2024年12月宣佈磁化靶聚變（MTF）技術創下等離子體壓縮紀錄。我國民營能源企業在這方面也有快速發展，例如能量奇點公司今年3月10日宣佈高温超導磁體 “經天磁體”達到了國際領先水平。

其次，可控核聚變作為人類最具挑戰性的科研工程難題之一，一直是科學界合作聚智的焦點。我國國內聚變科技企業與科研院所2023年成立聚變產業聯盟和可控核聚變創新聯合體，加強合作協同。國際合作也正進入新階段，去年11月“世界聚變能源集團”首次部長級會議彙集30多個國家核能主管部門。我國目前與全世界超過50個國家的120餘家核聚變科研機構建立合作與交流，特別是在助力東南亞、西亞、南美、北非等地核聚變新興國家學科和實驗裝置建設方面。全球南方國家對利用核能促進社會發展表現積極，有望成為下一階段核能和平利用乃至核聚變能源發展的新熱點。我國致力於與各方共建開放、公平、公正、非歧視的國際科技發展環境，共享優勢技術資源平台，讓核科技為人類共同福祉發揮更大作用。

再次，對於國際可控核聚變的火熱態勢也應冷靜看待。可控核聚變研究無論成本、科學與工程艱鉅程度、解決問題的時間跨度都不應低估。ITER最初計劃在2020年開始實驗，由於挑戰重重，現已一再延期到2034年，成本從50億美元漲到220億美元。可控核聚變當前主要科學與工程挑戰有諸如等離子體穩態燃燒、高温耐輻照材料、氚增殖與自持循環等，短期內商業化前景存在相當大不確定性。而我國近期聚變新突破集中“爆發”，顯示出高端人才資源、工業基礎儲備、供應鏈能力、統籌合力集智等諸多優勢，有望在未來一段時間成為國際可控核聚變的引領和中堅，給廣大發展中國家及國際社會帶來福祉，彰顯中國高技術發展方向。（作者是中核戰略規劃研究總院研究員）