「人造太陽」　離我們有多遠？

模仿太陽內部反應機制，創造近乎無限而乾淨的能源——曾經只存在於科幻電影中的「人造太陽」可控核聚變，如今正一步步通過實驗室照進現實。

長久以來，「實現可控核聚變永遠還需要50年」的說法流傳甚廣，這令多數人認為，「人造太陽」技術遙不可及。然而近年來，格局正在悄然改變：全球多條技術路線並行探索，各類創新主體紛紛入局，美國、歐洲多國、日本、韓國等國家和地區持續加大投入。我國作為擁有14億多人口的大國，能源需求龐大、應對氣候變化責任重大，研究水平也在持續提升，多項核心技術接連破紀錄。

今年，「十五五」規劃綱要明確將發展核聚變能列為新的經濟增長點。這一頂層設計意味着，可控核聚變正式從實驗室的幕後基礎研究，邁向國家產業戰略的前台。

「追光」實驗室裏的新突破

能源發展是觀察時代的一把鑰匙。從遠古鑽木取火，到燃煤驅動工業機器，再到油氣點亮現代社會，人類文明的每一次跨越，都伴隨着能源的迭代革新。進入21世紀，一道時代考題愈發緊迫：化石能源儲量有限、減排壓力持續加大，光伏、風電又難以全天候穩定供能。以碳達峰、碳中和為牽引的綠色低碳變革，正以前所未有的深度和廣度重塑全球能源版圖；如何在保障能源安全的同時，走出一條人與自然和諧共生的可持續發展之路，更是擺在全人類面前的共同課題。

在這樣的時代背景下，一種能量產出效率高、燃料近乎取之不竭、安全風險可控的新能源進入了人們的視野——可控核聚變，也被形象地稱作「人造太陽」。

不久前，電磁驅動聚變大科學裝置完成單路脈衝源系統驗收，全部技術指標達到設計標準，邁出從設計圖紙到實物裝備的關鍵一步。這套看起來像一串橫臥的糖葫蘆的裝置，是給Z箍縮(Z-pinch)慣性約束聚變提供驅動能量的裝置。

中國科學院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋雲濤向記者介紹，現有「人造太陽」核聚變主要路線分為磁約束（以托卡馬克、仿星器為代表），和慣性約束（以Z箍縮、激光驅動為代表）兩條主要分支。

打個通俗的比方：托卡馬克，旨在長時間穩住一團上億攝氏度的高溫等離子體，好比持續保持火焰穩定燃燒，從而實現準穩態的聚變能量輸出；電磁驅動聚變，則依靠瞬間巨大能量爆發打出一道道人造閃電，短時間內達到核聚變所需的高溫。多條技術路線並行攻關，折射出人類對可控核聚變能源孜孜不倦的追求。

什麼是「人造太陽」？中國工程院院士萬元熙說，太陽本身蘊含巨大能量。其核心在極高的溫度和壓力下，將氫原子核「揉」在一起，聚合成氦原子核，並在此過程中釋放出巨大能量。由於模擬了太陽內部這種釋放能量的機制，可控核聚變能被形象地稱為「人造太陽」。

它的主要燃料之一——氘，也被俗稱為「重氫」，可從海水中提取，資源豐富；運行過程既不排放二氧化碳，也不會像傳統核裂變發電那樣產生大量放射性廢物。

綜合來看，可控核聚變能是人類當前已知潛力較大、清潔度高、燃料近乎取之不盡的下一代能源之一。

那麼，人類能否在地球上復刻太陽發光、發熱的過程？

經過科研探索，科學家給出了肯定答案。但要實現目標，必須同時滿足三個極為嚴苛的先決條件：

首先，極高的溫度。地球無法產生太陽級別的壓強，需要「以溫補壓」——將等離子體加熱至1億攝氏度以上，約為太陽核心溫度的6至7倍；

其次，必要的密度。物質在1億攝氏度下會超越固、液、氣三態，完全電離為等離子體——即物質的第四態。等離子體中的粒子數密度需要足夠高，以增加核反應概率；

再者，足夠的能量約束時間。高溫等離子體還需要被約束足夠長的時間，使聚變反應得以持續進行。

中國工程院院士李建剛用一個形象的比喻，解釋了其中的難度：「就像要讓一根火柴持續燃燒，既要有足夠高的溫度點燃它，又要有足夠多的燃料維持它，還得有辦法把火焰關在一個籠子裏不讓它熄滅。」

如何「關住」這團火球？目前理論上存在三種約束方案，科學家們採取多種技術路線並行研究：

——引力約束。即太陽本身的方式，憑藉巨大質量維持高密度與長約束時間，但僅適用於恒星級別的天體；

——慣性約束。在極短時間內將大量能量注入聚變靶丸，驅動燃料快速壓縮、加熱，進而觸發可控核聚變反應。「Z箍縮」技術是該方向的分支。

——磁約束。利用強磁場「托住」等離子體，磁場並非實體，不存在耐熱耐壓問題，科學家想到用磁場編織成無形的「籠子」，等離子體沿磁力線高速運動，不與器壁直接接觸。該路線的優勢在於等離子體參數高，開展實驗的時間長、實驗數據積累最為豐富，是當前可控核聚變最主流的技術路線。

科學家為此設計了多種形狀的裝置。最常見的是「托卡馬克」。它像一個「環形的罐子」，裏面會產生螺旋狀的磁力線，將等離子體約束在真空室內。

仿星器是另一種形態，其磁場完全由外部螺旋線圈產生，理論上可實現穩態運行，德國W7-X是目前全球最大的仿星器裝置。還有場反位形（FRC）等緊湊路線，裝置外形大多是直圓筒，幾乎沒有環向磁場，只有極向磁場，省去了龐大的環向場線圈系統，裝置體積和造價大幅降低。

中核集團聚變領域首席科學家段旭如表示，這些不同路線，就像通往山頂的不同路徑。科學家多元並行的探索，為解決可控核聚變能技術在物理、工程等方面的難題拓展了更多空間。

衍生技術賦能社會發展

每當科研機構公布「人造太陽」的科研進展時，總不時有人會問：既然可控核聚變技術距離發電併網還很遙遠，投入大量人力、物力、財力研發「人造太陽」值得嗎？

專家表示，「人造太陽」是人類最複雜的超級工程之一，涉及超導、新材料、精密探測、極低溫技術、智能控制等上萬個細分領域。除了終極的能源目標，這項研究在開展過程中，也綜合帶動多個領域科技創新，賦能社會發展。

「可控核聚變裝置本身就是一個超大規模應用場景，核心零部件數以百萬計，需攻克超高精度製造、極端環境材料、超高靈敏度探測、超高穩定磁場、超快實時控制等一系列『不可能技術』。」宋雲濤說，幾十年下來，「人造太陽」的大量衍生技術早已走出實驗室，進入醫療、交通等領域，提升普通人看病、出行等日常生活的質量。

——醫療領域是衍生技術落地最具代表性的場景。

脫胎於「人造太陽」技術體系的低溫超導線材，如今已廣泛搭載於醫院超導磁共振成像設備。

在西安交通大學第一附屬醫院影像中心，影像科主任醫師楊健正操作一台磁共振成像系統為患者做檢查。

患者進入磁體後，超導線材形成的強磁場，使人體內雜亂無序的氫原子核像收到命令般定向排列，系統通過記錄氫原子核的應答位置，呈現出一幅高分辨率人體圖像。楊健說：「人體病變組織的氫原子核密度等參數與正常組織有明顯差異，這種差異在磁共振成像中會通過不同顏色顯示出來，最終在電腦屏幕上清晰呈現供醫生診斷。」

「長期以來，超導磁共振成像設備的核心技術只有少數發達國家掌握，設備價格貴、運維成本高。如今，聯影醫療與西部超導等企業協同創新，實現了超導磁共振設備全部核心技術的自主可控，讓患者在家門口就能進行高性價比的磁共振檢查服務。」西部超導公司副總經理郭強說。

——電磁波技術提升交通安檢質量。

在合肥地鐵部分站點，乘客通過安檢通道時，無需開包、無需取出水瓶或充電寶，只需短暫停留，系統便能完成識別。多台太赫茲安檢儀，正應用在合肥市區多個人流密集場所。

太赫茲波，是指頻率在0.1太赫茲至10太赫茲範圍內的電磁波，用於監測「人造太陽」的運行情況。

太赫茲波具有高穿透性、光子能量低等特點，因此被稱為「安防專家」，能夠實現安檢無接觸、無輻射、不停留，讓乘客在不知不覺中就完成了安檢；同時，太赫茲波對不同物質具有不同的散射特徵，因此可以檢測出乘客是否攜帶危險物品。

「未來，太赫茲技術還將應用於腦機接口、生物醫藥等領域。」安徽中科太赫茲科技有限公司總經理王宏北說。

科研人員一路艱辛探索

「每一代人都有自己心中的『太陽』，需要不斷追尋。」一位可控核聚變科研工作者感慨，成就背後是艱辛的探索。

早在1955年，核物理學家錢三強和剛留美歸來的李正武等科學家便提議開展中國的「可控熱核反應」研究。當時，「核聚變」在全世界大多數人聽起來，還都如天方夜譚。

次年，李正武在參與我國第一次「十二年科學規劃」研究時，積極呼籲開展受控核聚變與等離子體物理研究，受控核聚變由此被納入國家規劃——這種遠見和勇氣，讓中國在全世界受控核聚變研究的起跑線上沒有缺席。

1965年，李正武等研究人員來到四川樂山，創建了我國第一個從事磁約束核聚變研究的專門研究機構——西南物理研究所（後相繼更名為「核工業部西南物理研究所」和「核工業西南物理研究院」），先後探索研究了各種位形的磁約束聚變實驗研究裝置。

1969年底，李正武和同事們開啟中國第一代「人造太陽」裝置——中國環流器一號（現已更名為中國環流一號）的研究設計。當時僅有的參考資料，是一張示意圖和幾個公式，連一台計算機也沒有。

科研人員們住在十多平方米的土坯房，自己和泥巴搭爐灶、做煤球。簡陋的條件下，他們深耕不輟。十幾年研究下來，裝置的設計圖紙疊起來有三層樓那麼高。1984年9月，中國環流器一號建成，其設計指標和工程規模達到國際同類先進裝置水平。

取得第一次跨越式突破後，科學家們探索的步伐沒有停歇。20世紀90年代，在沒有國家立項的情況下，位於合肥的中國科學院「等離子體所」破天荒採取「以貨換貨」的方式，用生活物資換回一台國外淘汰的核聚變裝置。

萬元熙等科研人員在實驗室各個角落塞上行軍床，幾乎每天堅守到凌晨二三點鐘，將這台裝置拆解、組裝，再拆解、再組裝。經過不懈改造，3年半後，建成了我國第一個圓截面超導托卡馬克核聚變實驗裝置「合肥超環」HT-7。

研製HT-7後，科學家提出建設國際首台全超導托卡馬克裝置設想，這意味着，所有線圈全部採用超導材料，這在國際上尚無先例。2006年9月28日，我國自主設計建造的EAST首次成功完成放電實驗，翻開我國可控核聚變研究嶄新一頁。

與此同時，我國也同步推進慣性約束聚變的研發。20世紀90年代，中國工程院彭先覺等幾位院士率先提出「核爆聚變電站」概念，並持續深化完善相關理論。

2001年，中國工程物理研究院決定開展Z箍縮研究。2008年秋，彭先覺提出「Z箍縮驅動聚變裂變混合堆(Z-FFR)」的創新方案。

2023年，新一代「人造太陽」中國環流三號的總設計師、「80後」鍾武律帶領團隊首次實現100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行；2025年3月，中國環流三號又首次實現「雙億度」突破，我國核聚變研究由此挺進燃燒實驗。

鍾武律表示，團隊要沿着前輩的腳步，向科學最深處走去，把今天的「科學之問」，變成明天的「中國答案」。

近年來，我國科學家還不斷加強「人造太陽」領域的國際合作。

國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃是當今全球最大的科技合作項目之一，中國是重要的締約方和貢獻者。

經過10多年的攻關，核工業西南物理研究院主導發布全球聚變領域首項ISO國際標準。

2025年12月，由中國科學院「等離子體所」負責研製的ITER校正場線圈，順利完成全部生產製造並交付。這套關鍵部件實現國產自主研發、自主製造。

「中國核聚變界的卓越智慧和工程能力，在ITER以及未來全球可控核聚變能源體系中扮演愈發關鍵的角色。」ITER組織副總幹事羅德隆說。

全球範圍內，多國都在加速布局「人造太陽」研發，磁約束、慣性約束兩大技術路線並行競速：

2026年7月，美國發布《科學：一個新的黃金時代》報告，把核聚變能科技發展列為國家科技使命的六個重要方向之一。美國麻省理工孵化的CFS公司累計融資約30億美元，旗下示範裝置SPARC計劃2026年底啟動等離子體運行。新能源公司Helion Energy已與微軟簽署全球首份商業聚變購電協議，目標2028年實現供電；

歐洲方面，英國政府投入4.1億英鎊推進STEP原型核聚變電站建設；德國的W7-X裝置2025年在長脈衝（即較長時間持續放電）運行條件下將高性能等離子體狀態維持了43秒，這表明仿星器在長時間穩定運行方面展現出突出潛力；由歐洲多國聯合建造的歐洲聯合環（JET）則保持着磁約束聚變能量輸出的世界紀錄；

日歐合建的JT-60SA、韓國KSTAR則分別在裝置運維、抗輻照關鍵材料領域持續攻關，為全球聚變技術迭代積累重要實驗數據……

據美國聚變工業協會（FIA）發布的《2025全球聚變產業報告》，截至2025年中，全球商業聚變產業累計融資總額達97.66億美元。報告還認為，可控核聚變能源已不再是遙遠願景，而是正在崛起的全球性硬科技產業。

持續突破的科研成果、日趨活躍的全球產業生態，也推動國家層面不斷完善頂層制度設計，為核聚變能長遠發展保駕護航。

2026年，《中華人民共和國原子能法》正式施行，從法律層面鼓勵、支持可控核聚變研發；「十五五」規劃綱要將核聚變能列為前瞻布局的未來產業，明確培育為新的經濟增長點。

日趨完善的制度與規劃已經為人類探索永續能源鋪就道路。然而，作為一場跨越時代、惠及全球的能源變革，可控核聚變的產業化落地絕非一朝一夕之功，從實驗室技術突破到穩態商業運行，從單點裝置迭代到規模化能源應用，依舊前路漫漫、任重道遠。

未來，「人造太陽」一旦實現穩態商業化，人類將擁有近乎無限的零碳基礎能源，將重塑工業版圖與氣候格局。但「追光之路」道阻且長，科學家們的共識是：「人造太陽」技術的目標，不只為解決當下的能源困境，更是為人類延續文明賦予力量。

（來源：新華社）