探索未來能源：緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）

在全球能源轉型的浪潮中，核聚變能因其清潔、高效、近乎無限的資源潛力，被視為解決人類能源危機的終極方案。作為人類追逐“終極能源”的前沿陣地，中國在可控核聚變領域持續發力，其中緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）項目更是成為全球矚目的焦點。該項目不僅是全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST（俗稱“人造太陽”）的升級版，更肩負著首次實現聚變能發電演示的歷史使命，有望率先建成世界首個緊湊型聚變能實驗裝置，為人類能源革命按下加速鍵。

01 項目背景：聚變能發展的戰略需求與全球競爭

隨著全球人口增長和工業化進程加速，傳統化石能源的枯竭與環境污染問題日益嚴峻。國際能源署預測，到2050年，全球能源需求將增長50%以上，而現有能源體系難以支撐這一需求。核聚變能以其燃料儲量豐富、反應產物無污染、能量密度極高的優勢，成為人類能源未來的理想選擇。每單位核聚變燃料釋放的能量是核裂變的4倍，比燃燒化石燃料高出近400萬倍，且反應產物僅為氦氣和中子，不產生溫室氣體或放射性廢料，被譽為“終極清潔能源”。

當前，全球核聚變研究呈現“多國并進、技術分野”的格局。美國國家點火裝置（NIF）聚焦慣性約束聚變，通過激光轟擊靶丸實現瞬時高溫高壓；歐洲聯合環狀反應堆（JET）和國際熱核聚變實驗堆（ITER）則以磁約束聚變為主攻方向，利用超導磁體約束高溫等離子體。中國憑借EAST裝置在全超導托卡馬克技術上實現突破，連續創造1.2億攝氏度101秒等離子體運行的世界紀錄，為BEST項目的研發奠定了堅實基礎。

作為中國聚變工程“三步走”戰略（實驗裝置—工程示范堆—商業堆）的關鍵環節，BEST項目旨在突破EAST裝置在工程化應用中的技術瓶頸，首次實現聚變能發電演示，推動核聚變從實驗室研究向工程應用跨越。其緊湊型設計不僅降低了建設成本，還為未來商業化聚變堆的模塊化復制提供了技術范式，標志著中國在核聚變領域從“跟跑”向“領跑”的轉變。

02 技術架構：BEST裝置的核心系統與創新突破

BEST裝置總用地面積約16萬平方米，總建筑面積約15萬平方米，采用全超導托卡馬克技術路線，通過優化磁體系統布局和真空室結構，將裝置體積較傳統設計縮小30%以上，同時維持等離子體約束性能。其緊湊化設計不僅降低了超導磁體和低溫系統的能耗，還顯著縮短了工程周期，為商業化應用鋪平道路。

BEST裝置的主機系統由六大關鍵部分構成，各系統協同工作，共同實現聚變反應的穩定運行與能量輸出：

主機杜瓦系統作為真空隔熱屏障，主機杜瓦采用雙層不銹鋼結構，內部填充多層絕熱材料，確保超導磁體系統在-269℃的低溫環境下穩定運行。其真空度設計達到10?? Pa量級，有效阻隔外界熱輻射，為磁體系統提供“零熱耗”運行環境。

冷屏系統由真空室冷屏和杜瓦冷屏組成的雙層熱屏蔽結構，通過液氦循環冷卻，將磁體系統熱負荷降低至EAST裝置的60%，顯著減少制冷能耗。其表面鍍有高反射率涂層，進一步提升熱輻射屏蔽效率。

超導磁體系統包含縱向場磁體（TF）、極向場磁體（PF）、中心螺管磁體（CS）和校正場磁體（CC），采用最新一代高溫超導材料（如REBCO帶材），最高磁場強度達15特斯拉，較EAST裝置提升30%。磁體系統通過智能控制算法實現毫秒級動態響應，確保等離子體約束形態的精確調控。

內饋線系統作為磁體系統的“能量動脈”，內饋線采用超導母線與冷卻管路一體化設計，總長度超過500米，通過低溫氦氣循環實現-253℃的穩定制冷。其創新性的無絕緣接頭技術，將饋線電阻損耗降低至傳統設計的1/10，大幅提升能量傳輸效率。

真空室系統采用雙層殼體結構，內層為316L不銹鋼，外層為碳鋼增強層，通過真空釬焊工藝實現無縫連接。真空室上開有128個功能窗口，用于安裝診斷設備、偏濾器維護及包層模塊更換，支持等離子體參數的實時監測與動態優化。真空室內部包括包層系統：采用鋰鉛共晶合金（LiPb）作為增殖劑，通過中子俘獲反應產生氚燃料，實現氚自持循環。其結構設計兼顧熱轉換效率與輻射防護，能量轉換效率達25%，較EAST裝置提升50%。偏濾器系統：采用鎢銅復合材料，通過主動水冷技術實現每平方米10兆瓦的熱負荷承受能力，有效排除雜質粒子，維持等離子體純度。其創新性的“雪花”形靶板設計，將偏濾器壽命延長至傳統結構的3倍。VS線圈系統：通過動態調節等離子體邊界形狀，抑制邊緣局域模（ELM）爆發，降低第一壁材料損傷風險。其控制精度達0.1毫米級，為長脈沖穩態運行提供關鍵保障。

03建設挑戰：從“國之重器”到“世界首例”的跨越

BEST項目施工難度遠超常規工程，被業界概括為“五超施工”，基礎筏板厚度達5米，單次澆筑混凝土量超1.2萬立方米，需克服地下水滲流與混凝土水化熱控制難題。

最重部件（如中心螺管磁體）重量達1200噸，相當于1/6艘航空母艦，需采用模塊化吊裝與精密定位技術。部分墻體高度達45米，需通過智能張拉系統實現預應力損失率<3%，確保結構抗震性能。采用300毫米厚預制混凝土墻板，通過BIM技術實現毫米級拼接精度，滿足核級防輻射要求。主廠房跨度達120米，采用空間網格結構體系，通過有限元分析與風洞試驗優化節點設計，確保結構穩定性。

研發C60高性能混凝土，通過摻入納米級礦物摻合料與聚丙烯纖維，將水化熱峰值降低20%，裂縫控制寬度<0.2毫米。河鋼集團舞鋼公司為項目定制生產3000噸特種鋼板，通過優化軋制工藝與熱處理參數，實現-196℃低溫沖擊韌性>120J，滿足超導磁體系統嚴苛的力學性能要求。采用第三代高溫超導帶材繞制技術，單根磁體長度達5000米，通過無損檢測與磁場均勻性校準，確保磁場偏差<0.1%。

04 戰略意義：從能源革命到全球科技競爭

BEST項目的成功實施將推動中國在以下領域實現突破，首次實現聚變能發電演示，輸出功率達50兆瓦，為后續工程示范堆設計提供關鍵參數。通過緊湊化設計與工程化驗證，將聚變堆建設成本降低至ITER的1/5，為2040年前后建成首座商業聚變堆奠定基礎。帶動超導材料、低溫系統、輻射防護等10余個高端裝備制造領域的技術升級，形成千億級聚變能產業集群。

BEST項目的緊湊化設計范式、氚自持循環技術等創新成果，有望成為國際聚變能技術標準的核心參考。通過ITER框架與“一帶一路”科技合作計劃，推動中國聚變技術向東南亞、中東等地區輸出，構建全球聚變能研發網絡。項目匯聚超2000名科研與工程人員，培養一批聚變物理、超導工程、低溫技術等領域的頂尖人才，鞏固中國在該領域的全球人才優勢。

若BEST項目按計劃于2027年建成，人類將首次實現聚變能發電演示，這一里程碑事件將通過連續1000小時穩態運行，證明聚變堆在發電效率、燃料循環、安全環保等方面的技術可行性。推動全球能源結構從“化石能源—可再生能源”向“聚變能主導”的第三次轉型。

結語

緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）項目不僅是中國科技自立自強的象征，更是人類探索“終極能源”的里程碑。從實驗室到工程化，從技術突破到產業變革，BEST承載著破解能源困局、重塑人類未來的歷史使命。

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