“人造太陽”加速商業化意味着什麼（瞰前沿·大國重器）

圖①：新一代人造太陽“中國環流三號”。

中核集團供圖

圖②：全超導託卡馬克核聚變實驗裝置“東方超環”。

新華社記者 黃博涵攝

圖③：緊湊型聚變能實驗裝置主機杜瓦底座進行落位安裝。

徐旻昊攝（人民視覺）

圖④：聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施“夸父”八分之一真空室。

新華社記者 周 牧攝

10月14日—18日，“世界聚變能源集團”第2次部長級會議暨第30屆聚變能國際大會在四川省成都市舉行。會上，聚變能商業化成為熱議的話題。

國家原子能機構主任單忠德表示，聚變能技術正在從科學研究向工程實踐和商業應用的目標加速邁進。近年來，中國先後發佈相關政策文件，將可控核聚變列為實現碳達峯碳中和目標、推進綠色低碳前沿技術攻關的重點方向，前瞻部署聚變能等未來能源科技創新和產業發展。

“人造太陽”如何從實驗室走向產業界？全球範圍內聚變能技術商業化的加速意味着什麼？還面臨哪些挑戰？本期“瞰前沿”揭秘這一熱點話題。

——編  者  

我國聚變科研裝置加速向“產業樞紐”轉型

近年來，我國聚變裝置矩陣持續擴容，形成覆蓋不同技術路線、銜接不同發展階段的多元支撐格局，為工程化、產業化突破築牢硬件基礎。

僅今年以來，我國聚變科研裝置就頻頻取得突破，加速從“實驗工具”向“產業樞紐”轉型。這既為工程化、商業化突破提供技術驗證，更搭建起連接全球的開放合作平台。

新一代人造太陽“中國環流三號”（HL—3）國內首次實現原子核温度1.17億攝氏度、電子温度1.6億攝氏度，綜合參數聚變三乘積實現大幅躍升，挺進燃燒實驗。在實現“雙億度”等離子體運行基礎上，日前，研究團隊自主設計並建成了用於聚變能量導出研究的工程性液態金屬和氦氣工質熱工研究台架，並已全面投入運行，為未來聚變堆的工程化應用奠定了關鍵實驗基礎。2023年12月，“中國環流三號”被確立為國際熱核聚變實驗堆（ITER）的“衞星裝置”，面向全球開放。

今年以來，中國“人造太陽”——全超導託卡馬克核聚變實驗裝置“東方超環”（EAST）取得了重大突破，“成功實現1億攝氏度1066秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行，再次刷新了世界紀錄。”中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所副所長徐國盛表示，“中國‘人造太陽’包含超過200多項自主創新的核心技術。”在持續優化1000秒級長脈衝技術的同時，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所與多家機構共建聯合實驗室，孵化出等離子體焊接設備、微波污水處理裝置等產業化成果。

緊湊型聚變能實驗裝置“夸父啓明”（BEST）完成主機杜瓦底座落位安裝，標誌着項目主體工程建設正式步入新階段。聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施“夸父”（CRAFT）自主設計的偏濾器原型部件近期順利通過專家組測試與驗收。該部件不僅是國際尺寸最大、熱負荷最高的同類部件，更能直接應對聚變堆運行中的熱管理、等離子體控制等重要工程挑戰，為後續商用堆關鍵系統研發提供關鍵技術驗證。

民營企業在相關領域的探索也有進展。

在先進聚變構型探索領域，新奧集團“玄龍—50U”球形環裝置實現重要突破。作為全球首個採用氫—硼燃料實現百萬安培等離子體電流的裝置，它不僅驗證了150千安下環向場線圈穩定運行、產生1.2特斯拉磁場的滿負荷磁體性能，更達成了所有關鍵工程設計目標。

初創公司能量奇點研發的高温超導磁體“經天磁體”，成功實現21.7特斯拉峯值磁場強度。該磁體專為下一代託卡馬克裝置設計。

這些裝置聚焦發電演示、工程驗證、先進構型、核心部件等不同方向，共同織就我國聚變研究“多點突破、協同推進”的立體網絡，為從科研向產業轉化提供全方位支撐。

聚變能商業化仍面臨技術、產業生態等多重挑戰

從全球視野看，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，全球近40個國家推進聚變計劃，處於運行、在建或規劃中的聚變裝置超160座，私人投資總額已突破100億美元。

意大利政府頒佈了旨在重新引入核能和建立全面可持續能源生產（包括聚變）框架的法令，目標是在2030年實現首個等離子體；美國能源部宣佈了6個新的“聚變創新研究引擎”合作項目，提供1.07億美元資金，以加速燃料循環、材料和先進模擬等領域的應用研究；德國發起“聚變2040”計劃，2028年前擬投入3.7億歐元加強研發……

中核集團核工業西南物理研究院聚變科學所所長鍾武律介紹，實現聚變能的商業化運用，需經歷6個階段：原理探索、規模實驗、燃燒實驗、實驗堆、示範堆、商用堆。其中，原理探索已於上世紀五六十年代完成，規模實驗通過多裝置獲取數據規律，燃燒實驗指的是開展燃燒等離子體實驗，實驗堆解決工程技術問題，示範堆驗證商用堆可行性，商用堆實現規模化發電。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條件。2027年底，“中國環流三號”計劃將等離子體三乘積提升2—3倍、温度突破1.5億攝氏度，開展高性能等離子體實驗。

中國聚變能源有限公司總經理、核工業西南物理研究院院長張立波表示，“2027年，我們期待能開啓聚變能燃燒實驗，2030年左右，具備中國首個工程實驗堆的研發設計能力，2035年左右，建成中國首個工程實驗堆，到2045年左右，能建成我國首個商用示範堆。”

儘管進展顯著，聚變能商業化仍面臨多重挑戰。技術層面需突破等離子體穩態燃燒、耐強場高温負荷材料、超導磁體、氚燃料自持等難題；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。

構建支持聚變能工程化產業化發展的“生態體系”

為推動“人造太陽”的夢想加速照進現實，我國從政策引導、國際合作、機制創新等多個層面，構建起支持聚變能工程化產業化發展的“生態體系”。

2021年，《關於完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峯碳中和工作的意見》首次將可控核聚變列為“低碳前沿技術攻關”的重點領域。2022年，《“十四五”現代能源體系規劃》提出，支持受控核聚變的前期研發，積極開展國際合作。2024年，《關於推動未來產業創新發展的實施意見》提出，要加強以核聚變為代表的未來能源關鍵核心技術攻關。2025年9月，原子能法經全國人大常委會審議通過，明確規定：“國家鼓勵和支持受控熱核聚變的科學研究和技術開發”。

多地出台相關配套政策。安徽合肥依託“東方超環”，打造聚變能源產業集羣，吸引上下游企業入駐，形成百億元級產業規模；四川聚變科創城致力建設“可控核聚變全球性‘技術研發高地、產業發展集羣、對外交流中心’”。

國際合作拓寬工程化全球視野。國家原子能機構秘書長黃平介紹，作為ITER計劃的關鍵合作伙伴，我國高質量完成18個關鍵部件和系統的設計製造任務，2025年主導的ITER核心安裝標段真空室模塊組件成功吊裝入位，磁體支撐系統、包層屏蔽模塊等大型裝備如期交付，為全球聚變堆工程化貢獻中國經驗。同時，我國與50多個國家的140餘家核聚變科研機構建立合作，發佈聚變能領域首個ISO國際標準——《聚變堆熱氦檢漏技術》，推動技術標準“全球共用”。

機制創新激活產業化市場活力。2025年7月，中核集團在核工業西南物理研究院基礎上牽頭組建中國聚變能源有限公司，重點佈局大科學實驗、聚變堆材料研製等領域。技術研發聯合體——可控核聚變創新聯合體的成員單位擴容至38家，涵蓋央企、民企、高校、科研院所。“我們通過‘產學研用’深度融合，讓科研機構的技術優勢與企業的市場優勢形成互補。”中國聚變能源有限公司負責人劉葉表示，目前聯合體已啓動“聚變堆超導磁體產業化”等重點項目，吸引社會資本參與。

展望未來，“人造太陽”點亮萬家燈火，為人類提供豐富、清潔的理想能源，或將從科幻走向現實。國家原子能機構主任單忠德表示，中國將與各國攜手合作，不斷推進全球能源創新可持續發展，促進人與自然和諧共生，為共建清潔、美麗、可持續的世界貢獻中國智慧、中國方案、中國力量，讓聚變能更好造福人類。

（李儀參與採寫）

資料來源：國家原子能機構