勾勒人類能源轉型未來藍圖 中國加速向前

來源：央視網

我們的生活離不開能源。在“十五五”規劃建議中，有兩位“能源新秀”被列為未來產業，那就是氫能和核聚變能。先說說氫能，它是一種清潔能源，而且在產業化方面已經有了一些應用。而核聚變能大家可能覺得離我們還很遙遠，但其實，我國在這方面已經實現從無到有、從弱到強的跨越，而且還不斷傳來好消息。簡單地說，核聚變就是模擬太陽發光發熱。核聚變能燃料豐富、清潔環保、安全性高，所以也被稱為人類的“終極能源”。氫能、核聚變能正共同勾勒著人類能源轉型的未來藍圖，中國正加速向前。

今天，支撐人類社會運轉的幾乎一切能源，從煤、石油、天然氣到風能、生物能，其本質都是太陽能，而太陽上的能量來自內部的核聚變反應。長久以來，人類一直希望通過可控核聚變反應，來創造出“人造太陽”，從而獲得源源不絕的能源。

位于合肥市西郊的科學島，面積不足3平方公里，卻是中國核聚變研究的策源地與主陣地。2025年，在這里有關核聚變的研究捷報頻傳。1月，“東方超環”（EAST）終于創下1億攝氏度1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行的世界紀錄；5月，中國下一代緊湊型聚變實驗裝置工程（BEST）的總裝正式啟動；2025年年底，聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（CRAFT）進入全面建成收尾階段。三箭齊發，一個世界級核聚變研究裝置集群正在形成。

中國科學院合肥研究院研究員、“赤霄”系統負責人周海山：“這樣的話我們既有（EAST）物理實驗，又有像CRAFT這樣的工程技術跨越，又有（BEST）關鍵的像中子和氚的這樣的核技術突破，確保所有條件都具備了，我們就可以放心地建聚變堆了。”

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（CRAFT），又名“夸父”，由19個系統組成。“赤霄”是“夸父”裝置的一個子系統，它產生的強大等離子束就像一把看不見的光劍，專門轟擊各種實驗材料。在“赤霄”內部，相當于一萬倍以上的正午陽光強度的熱流沖擊下，普通材料會瞬間汽化。但是正在實驗的鎢銅復合材料，卻能保持結構完整。鎢銅復合材料——用于制作核聚變裝置最核心的內部“鎧甲”，承受核聚變反應產生的、高溫和輻照，想要掌控核聚變，就要先從最基礎的材料研發做起。

工藝極難、要求極高。這種鎢銅復合材料的研發歷程，實際是中國核聚變領域步步突破的縮影。而科學島上的聚變裝置集群，演繹的也正是中國核聚變研究從無到有，從追趕到引領的歷史。

自上世紀七十年代開始，位于合肥科學島上的中國科學院等離子體物理研究所陸續自主設計并建造了四代托卡馬克裝置。托卡馬克是迄今為止國際上最成熟的核聚變主流技術路徑，它的目標就是實現可控核聚變。它的原理也并不復雜：在真空室里加熱氘和氚，形成等離子體“超級火焰”；用強大的磁場做一個“無形牢籠”困住“火焰”，讓原子們在里面不斷碰撞融合，發生聚變反應，從而釋放出巨大的能量。理論上的可行性，需要實驗中的驗證。而可控核聚變從實驗開始的每一步，都需要解開遠超常規工業水平的難題。

中國科學院合肥研究院工程師蔡其敏：“托卡馬克基本上囊括了大部分工科類的學科，又高度集成到一個裝置上面。聚變研發其實跟很多學科領域的進步息息相關。聚變每前進一步，也代表著相關的跟聚變一起發展的學科也都在前進一步。”

2006年，“東方超環”（EAST）在科學島上建成運行，并實現首次放電。它是國家“九五”重大科技基礎設施，也是世界上第一個建成并運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。

托卡馬克裝置運行時，真空室內等離子體的溫度超過太陽核心的7倍，即便是瞬間接觸，也能融化一切。這就要求關鍵部件必須要承受得住高溫的考驗。最初，EAST使用的是石墨材料，但這種材料已經成為沖擊極限的瓶頸。

作為難熔金屬領域中最具實力的國家隊，中國鋼研所屬安泰科技受命研發鎢銅復合材料。當時，在這一領域，中國材料界沒有任何可借鑒的工程化經驗。

安泰科技難熔金屬領域首席科學家王鐵軍：“它的合理性、科學性已經經過理論計算是沒有問題了。能不能把它做出來，所有檢測數據的指標全部達到要求，你給它做出來。那個時候對全球來講，也是一個材料制備的挑戰?！?/p>

在長達四年的攻關中，王鐵軍團隊與中國科學院的科研人員們經歷了無數次失敗。團隊反復調整后，第一根合格構件終于成功出爐。2014年，EAST在更換國產化鎢銅復合材料部件之后，不斷創造紀錄。2016年突破60秒，2017年達到101秒，2023年實現403秒，2025年1月終于創下1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行的世界紀錄。這一過程的背后，是構成EAST的每一個系統都走過了從材料到工藝、從實驗室到車間步步闖關的迭代和優化。

周海山：“EAST（東方超環）1000秒是綜合能力的體現。不管是超導磁體技術能力，還有輔助加熱能力，就等離子體被加熱（到極高溫），還有包括我們的材料能夠承受。所以它是各個方面技術積累的綜合，缺哪一塊我們都很難取得1000秒。”

然而，到目前為止，全球范圍包括EAST在內的所有托卡馬克裝置，只是開展了核聚變發電的前期科學研究。

既然如此之難，我們為什么還要發展核聚變呢？大家知道，現在商業發電的核電站采用的是核裂變，雖然技術日趨成熟，但是，核裂變燃料有限，會產生核廢料。與核裂變相比，核聚變擁有明顯的優勢，首先就是核聚變的原料氘可從海水中提取，幾乎無限。在安全方面，核聚變裝置一旦發生故障，反應會因失去條件而瞬間中止，沒有核泄漏污染的風險。另外，核聚變的能量密度遠超核裂變。僅僅1克燃料釋放的能量，就相當于燃燒8噸石油。

雖然核聚變優勢明顯，但是要實現可控核聚變，每一步都需要付出難以想像的努力。在科學研究和商用發電之間，還有漫長的空白地帶需要穿越。而中國在這條道路上一直在前行，并不斷超越。

當前，全球核聚變研發已進入加速期，這一過程不僅需要人才、資本的深度聚合，更離不開創新機制的保駕護航。在科學島上，伴隨核聚變裝置同時落地的是新型舉國體制的探索與實踐。而在合肥，圍繞聚變產業的構建，由國家實驗室、國家科研機構、高水平研究大學、科技領軍企業共同參與，同時吸納民營企業、社會資本加入，形成協同攻關的局面。

合肥市發展改革委科學中心工作處處長李辰：“項目的組織實施方面，應該是新型舉國體制的有益探索，幾方重要市場主體都進行了參與和介入，發揮了自己的所長?！?/p>

國務院發展研究中心產業經濟部第四研究室主任周毅：“新型舉國體制在推動核聚變產業發展中有比較強的優勢，這種模式最大的好處就是避免了單打獨斗式的發展，各方主體參與之后各司其職，各自發揮自己的作用，發揮出1+1大于2的作用。”

一個聚焦于產業鏈協同的安徽省聚變產業聯合會也同步成立。聯合會的成立，為破解科研與產業“兩張皮”的難題搭建了關鍵平臺。兩年時間里，產業聯合會的成員從最初的60家發展為200多家，既有行業里的先行者，也有試圖在聚變產業中尋找機會的企業。

日漸成熟的產業生態，為聚變產業后來者留下了更多機遇。孫玄是中國科學技術大學教授。2024年，他牽頭成立了核聚變企業，探索小型化聚變裝置，依托的就是大科學裝置帶動的完備生態。

核聚變一旦成功，人類將能用上清潔、廉價、無限的能源，更將帶動超導、精密制造、特種材料等產業鏈實現跨越發展，為人類社會發展注入永續動力。