中國科學家追“太陽”：核聚變競賽，能第一個發電嗎？

在中國神話里，夸父是一位力大無窮的巨人。他雙臂纏繞著蟒蛇，為了追趕炙烤大地的太陽，在山谷間奔跑了數日，最終渴死途中。他的故事，如今成了中國科技雄心的象征——太陽探測器以他命名，先進人形機器人以他命名，而中國最前沿的核聚變項目，同樣以他命名。

最近，1500名物理學家、工程師和核聚變愛好者齊聚合肥，熱情高漲，如同夸父一般。他們聚集的地方，正在建設一座名為BEST的燃燒等離子體實驗超導托卡馬克裝置——中國最新、最先進的聚變發電實驗裝置。按計劃，BEST將于2027年竣工。

這不僅是又一座實驗裝置。與會者將其描述為中國發展聚變技術的歷史性轉折點。因為BEST建成后，將作為中國聚變工程示范堆（CFEDR）的試驗平臺。CFEDR預計2030年投入運行，如果成功，并網電站也將隨之建成。這一時間表，比其他國家實現聚變的目標，至少提前了十年。

夸父追日，中國追“太陽”。這場競賽，已經開跑。

三管齊下，追趕“太陽”

核聚變，這個被寄予厚望的終極能源，至今仍停留在實驗階段。它模擬太陽內部的反應，將氫原子核融合成更重的原子核，釋放出巨大的能量。如果能實現商用，它將提供近乎無限、低成本、零碳排放的電力。

美國和歐洲長期以來一直引領著商業化反應堆的研發。但中國憑借一套周密的戰略，正成為強有力的競爭者。這套戰略的核心是三管齊下：為科學家和工程師設定清晰的研究重點；為這些專家提供巨額資金；構建聚變反應堆所需零部件的產業供應鏈。

在技術路線上，中國選擇了成熟可靠的托卡馬克裝置。這是一個環形反應堆，帶電等離子體被加熱并由磁體約束，直到氫原子核克服斥力，發生聚變。反應釋放的能量傳遞給中子，使它們高速撞擊反應堆壁，從而產生熱量。

要讓托卡馬克裝置真正用于發電，必須達到燃燒條件——等離子體密度足夠高，其熱量能夠自我維持。這需要在1500萬攝氏度以上的高溫，以及比地球磁場強數十萬倍的磁場條件下才能實現。中國科學家正朝著這個目標穩步邁進。今年1月1日，中國先進超導實驗托卡馬克裝置（EAST）的研究人員宣布，他們已成功將等離子體密度提升至此前被認為不可能的水平。EAST是BEST的前身之一，它的裝置上懸掛著夸父的壁畫。

物理挑戰是一回事，工程又是另一回事。托卡馬克裝置是擁有尖端部件的大型機器，其建造依賴于復雜的供應鏈，包括功率模塊、真空室和強大的超導磁體。中國通過政策激勵工業企業生產這些部件，在這一領域領先于競爭對手。中國的工程公司在金屬加工領域擁有豐富經驗，開發的磁線圈和功率轉換部件，甚至供應給位于法國南部的國際熱核聚變實驗堆（ITER）——那個運行多年的國際大項目，就用上了中國制造的部件。

燃料難題與邊做邊學

然而，追“太陽”的路上，還有一道繞不開的坎：燃料。

BEST裝置設計融合兩種氫同位素：氘和氚。氘可以從水中提取，價格低廉。但氚在自然界中極其稀少，且因其放射性，衰變速度很快。BEST最初將依賴外部燃料供應，但科學家們希望最終能自行生產。

關鍵技術在鋰。如果托卡馬克裝置的內壁覆蓋一層鋰，那么聚變過程中釋放的高能中子撞擊鋰原子時，鋰就能轉化為氚。這是許多聚變項目都夢寐以求想要掌握的技術。為了測試和擴大鋰包層以及其他聚變技術，研發工作正在距離BEST不遠的綜合聚變技術研究中心（CRAFT）進行——這里也被昵稱為“夸父”。

在這個“夸父”中心，工程師們正在開發未來聚變裝置所需的材料、磁體和組件，測試BEST的系統。他們還在開發能夠承載重型有效載荷并在高溫下運行的高精度機器人，這將有助于未來維護這座巨型反應堆。

法國國家科學研究中心的研究主任揚尼克·馬朗德觀察到一個關鍵差異：“歐洲人希望在建造之前完善技術，而中國人的最大優勢在于他們‘邊做邊學’的意愿。”這種愿意在實踐中迭代的務實態度，或許比任何單項技術突破都更具戰略價值。

國家戰略與私人資本的競速

中國在聚變領域的加速，離不開頂層設計的強力推動。2025年7月，中國成立了中國聚變能源有限公司，這家隸屬于國家核能公司的國有企業，旨在整合全國的研究工作。1月15日，新的《原子能法》生效，為新興產業投資鋪路。3月12日，政府將核聚變納入多項高層經濟規劃，包括即將出臺的“十五五”規劃。至此，中國聚變研究的國家主導格局，已清晰可見。

巧合的是，就在中國舉國發力之際，西方國家，尤其是美國，私營部門對聚變的興趣也迎來爆發。全球已有77家初創公司籌集了150億美元資金，目標是利用從先進的托卡馬克到激光驅動、仿星器等各類技術，實現自持聚變。一些美國公司聲稱，他們能在2030年代初向電網送電——這個時間表，與中國計劃不相上下。

有跡象表明，中國也在效仿這條私人資本之路。迄今為止，42家美國初創企業籌集了80億美元，而8家中國企業則以更快的速度籌集了約50億美元。去年4月，中國企業NovaFusionX籌集了7000萬美元，這是中國私營聚變企業迄今為止規模最大的首輪融資。今年1月，從清華大學孵化的初創企業Startorus Fusion，又籌集了雙倍于此的資金。另一家公司Energy Singularity則希望通過建造超強磁體來實現目標，而中國企業集團ENN選擇了不同的燃料路徑：嘗試將氫原子核與硼原子核聚變。

結語

這場聚變競賽，并非零和博弈。

中國始終保持開放的合作姿態，不僅從ITER的研究成果中汲取經驗，也允許外國科學家使用其設備。馬蘭德博士坦言，當BEST投入運行后，它將成為世界上最先進的聚變實驗之一，屆時各國科學家都將樂于合作。

與夸父不同，中國的科學家不會孤軍奮戰。而這場關于“人造太陽”的追逐，距離終點線，或許比任何人想象的都要近。

文章信息來源：

《中國是聚變能源競賽中的有力競爭者》，Economist