太陽，億萬年來為地球提供光和熱，科學家們設想，如果能在地球上模仿出太陽釋放能量的方式，是不是就能獲得取之不盡的清潔能源了？這一設想正在我國的實驗室和大科學裝置中逐步成為現實，也就是被業界稱為「人造太陽」的可控核聚變技術。2024年工信部、科技部等七部門發布《關於推動未來產業創新發展的實施意見》，將核聚變列為重點支持領域。在地球上建造出可以無限供能的「人造太陽」，還有多遠？
可控核聚變！
「人造太陽」探索未來能源
「人造太陽」是要在地球上創造類似太陽內部的環境，模擬它發光發熱的過程，並讓這種反應持續穩定運行。
相比現在的核電站，這種方式能量密度更高，材料幾乎取之不盡，而且放射性污染更低，安全性也更高。
2025年，我國可控核聚變研究不斷傳來新進展。1月，我國全超導托卡馬克實驗裝置「東方超環」實現1億攝氏度等離子體穩態運行1066秒，刷新世界紀錄；3月，「中國環流三號」首次實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的「雙億度」運行。
與此同時，科研機構和企業也在積極探索多條技術路徑，力求在不同技術方向上尋找可能的突破口。可控核聚變，正在向更高水平的可控性與穩定性邁進。
「人造太陽」怎麼造？
探秘大裝置BEST
我國對可控核聚變的研究始於上世紀50年代，經過幾十年的探索，不僅取得了基礎科研的突破，在工程技術領域，也已經走在世界前沿。在合肥未來大科學城，一個建造「人造太陽」的超級工程正在緊張施工。
總台央視記者 張春玲：這裏是合肥未來大科學城，緊湊型聚變能實驗裝置BEST正在緊張地施工，它的目標是要在地球上第一次演示用聚變能點亮第一個燈泡。就好像是要把太陽困在籠子裏，讓它發電。
中國科學院合肥物質院等離子體所工程師 蔡其敏：在未來托卡馬克主機系統安裝的區域，未來高達1億度等離子體的運行就在這裏。在我們的裝置裏面，冰火兩重天，1億攝氏度的高溫等離子體要與零下269攝氏度的低溫共同存在一個罐體裏面。
總台央視記者 張春玲：在地球上實現可控核聚變需要達到1億攝氏度甚至更高，比太陽中心的溫度還要高出數倍，地球上沒有任何一種材料能夠承受如此高溫。
為了攻克這些難題，科學家們研發出了托卡馬克裝置，其工作原理是利用強磁場形成一個環形的「磁籠」，將高溫等離子體懸浮在真空室中央，使其與容器壁完全隔離，從而避免高溫對容器壁的破壞，實現安全穩定的聚變反應。這樣的超級裝置，需要一個超級工廠。
按照計劃，BEST裝置將於2027年底建成，之後將在世界上首次演示聚變能發電。而與BEST裝置緊緊相鄰的，就是建造它的工廠——「聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施」大科學裝置，它還有一個特別的名字叫「夸父」。
中國科學院合肥物質院等離子體所工程師 蔡其敏：這些系統在市面上面大家都買不到，它都是非標準的。所以哪怕一顆螺絲釘，可能都要我們自己去設計、自己去加工、自己去測試、自己去運行。
從空中俯瞰這個超級工廠，你會發現，這個工廠由14棟單體建築構成，每一棟都是某一關鍵領域的超級實驗室，這裏一共正在驗證和設計製造着與可控核聚變相關的19個子系統。
這是強流直線等離子體裝置「赤霄」，每平方米每秒鐘可極速噴射出10的24次方——即億億億個粒子，一次可連續運行24小時以上，對新研製的「人造太陽」壁材料進行充分檢測。
這是給人造太陽加溫的「鍋爐」——射頻波加熱系統和中心束加熱系統，它們同時作用，相當於數萬台微波爐同時工作。
這裏正在製備的是用於產生強磁場的超導磁體，它們可以產生地球磁場十多萬倍的磁場信號。別看它們現在有幾十厘米粗，實際上，它們是由比頭髮絲還細的超導線一點點纏繞出來的。
而這個像橘子瓣一樣造型的裝置，叫八分之一真空室，它高度達到19.5米，有六層樓那麼高，重達300噸。未來，上億攝氏度的高溫等離子體就是在這個艙室裏面懸浮。這些研究設施，不僅可以生產出BEST核心部件，也可以製造出全球最先進的聚變裝備。
中國科學院合肥物質院等離子體所工程師 蔡其敏：我們每一個平台，對標的都是全世界最領先的這些實驗室，而且我們的參數比他們還要高。所以未來別人能做的我們也能做，別人不能做的，我們還能做。
多路線同步驗證
探索不同「造太陽」方案
聚變能源作為未來能源中最具潛力的形態，目前已經開始走出實驗室邁向工程應用。記者在調研中注意到，不僅是科研院所，一些龍頭企業、初創團隊，也紛紛加入「聚變能源」這個賽道，提出自己的解決方案。
在河北省緊湊型聚變重點實驗室，這個由龍頭能源企業主導的可控核聚變實驗正在緊張進行。大屏幕上，數字顯示13032，這是實驗放電次數的統計，從去年一月份到現在，除了檢修，幾乎從未間斷。
新奧能源研究院聚變實驗首席科學家 石躍江：我們大概10分鐘會放一次電，反覆去嘗試去優化我們的整個運行的控制參數，達到我們的實驗目標。
低成本、快速試錯、技術迭代，是商業化團隊的目標。不僅如此，在可控核聚變等離子體材料的選擇上，他們也從成本角度出發，另闢蹊徑。傳統的研究團隊大多採用氫的同位素氘和氚作為燃料，而這個托卡馬克實驗裝置裏放的是「氫和硼」。
新奧能源研究院院長 劉敏勝：氫就是水裏面正常的氫，硼常規的都有，它沒有什麼稀缺性，價格極其便宜，所以才能導致我產生的聚變的電能夠便宜。第二個它的產物只有氦，氦是直接能發電的，它不需要用蒸汽轉化，所以它的發電效率能夠做到90%以上。
團隊從成本、效率和安全等角度，提出了全新的聚變能研究路線。不過就像硬幣都是兩面，這個路線要將等離子體加熱到10億度甚至更高，挑戰飆升。經過研判，他們提出了階梯加熱路線。
新奧能源研究院院長 劉敏勝：第一個是用變壓器的原理，它能夠加熱到幾百萬度。第二個是用類似微波爐的原理，加熱到幾千萬度甚至到億度。然後中性束用的是高能物理裏面加速的原理，它把粒子加速到十幾億甚至上百億攝氏度，它的原理很簡單，我用更高的溫度加到等離體裏面，溫度就上來了。
為了達到更高的加熱目標，團隊還在升級全新一代的托卡馬克裝置，希望它能夠衝刺更高的參數指標，為聚變研究貢獻出自己的探索。
百花齊放
商業聚變能源產業未來可期
我國作為能源消費大國，對清潔能源需求迫切。採訪中專家告訴我們，可控核聚變一旦實現商業化落地，也許將像蒸汽機的出現一樣，帶來新一輪的技術革命。記者在調研中發現，依靠我國在這一領域中研發基礎和產業鏈配套，不少商業團隊已經開始迅速入局，未來這一領域或者會像我國商業航天的發展一樣，百花齊放、活力迸發。
在四川成都這個產業園的廠房內，一套全新的核聚變研發裝置樣機已經搭建完成。這個20米長像圓桶一樣的裝置有一個專業的名字叫「直線型場反位型聚變裝置」。現在，設備已經被實驗氣體形成的等離子體充滿，等待放電。
通過磁場的約束，將等離子體在裝置兩端同時產生兩個豎起來的「甜甜圈」，並不斷加速至每秒200公里，最終兩個「甜甜圈」在中間產生碰撞，釋放出巨大能量，實現聚變。
瞄準未來聚變能的商業落地，作為一個初創團隊，他們設計了一個成本低廉、模塊化搭建的方案進行預研，入局這個技術路線尚未明確的賽道，團隊給出了自己的判斷。
瀚海聚能創始人 項江：商業航天最開始也是國家隊、科研院所在做，大家從來沒有想過它能夠真正走到民營企業裏，但實際上我們看到這個夢想實現了，而且它的效率得到了大幅的提升。
科研院所多年的技術和人才積累，我國在可控核聚變領域發展過程中核心技術和產業鏈的培育，讓可控核聚變產業的商業化探索加速落地。
新奧能源研究院院長 劉敏勝：第一代「玄龍50」，那個時候大概有5%到10%的部件要必須依賴進口。但到了我們現在50U的裝置的時候，微波加熱、真空室、磁體、診斷、探測器全都是國產的，實現了100%的國產化，這個才是我們真正的底氣。
探索未來能源
可控核聚變產業布局加速
作為我國「未來能源」的重要組成部分，「聚變能源」除了進入國家戰略布局，不少地方也依託自身優勢，正積極探索差異化發展路徑。
上海是國內核電產業鏈的重要聚集地，產業基礎雄厚。去年上海將可控核聚變列為重點培育產業，並設立未來產業基金，為聚變能源等前沿方向提供資金支持與政策引導。
安徽作為我國核聚變大科學裝置最集中的地區，2023年出台聚變能商業應用戰略行動計劃，明確「實驗堆—工程堆—商業堆」的「三步走」發展路徑，並成立聚變產業聯盟，打造產業集群。
四川在核技術領域基礎雄厚。今年發布的未來產業實施方案中，將可控核聚變列為重點方向，提出通過重大工程帶動技術突破，加快成果轉化和企業培育，形成從科研到產業的完整鏈條。
此外，廣東、浙江等地也在政策中明確將可控核聚變列入未來產業培育重點。
（來源：央視新聞）
0 / 255