中國“人造太陽”再次取得突破，可控核聚變從科幻走向現實

“998、999、1000……”大螢幕上的數字最終定格在1066，原本安靜的控制大廳一片歡呼。1月20日，我國有“人造太陽”之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）在安徽合肥創造新世界紀錄，首次完成1億攝氏度1000秒“高質量燃燒”，標誌我國聚變能源研究實現從基礎科學向工程實踐的重大跨越，對人類加快實現聚變發電具有重要意義。

“億度千秒”的里程碑式記錄

1月20日，我國有“人造太陽”之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）在安徽合肥創造新世界紀錄，首次完成1億攝氏度1066秒“高質量燃燒”，標誌我國聚變能源研究實現從基礎科學向工程實踐的重大跨越，對人類加快實現聚變發電具有重要意義。

EAST形如“巨罐”，匯聚“超高溫”“超低溫”“超高真空”“超強磁場”“超大電流”等尖端技術於一體，近百萬個零部件協同工作，擁有專利近2000項。十餘年來，EAST歷經15萬多次實驗，最終實現“億度千秒”的長脈衝高約束模等離子體執行，攀上新的科學高峰。

EAST之所以被稱為“人造太陽”，是因為其擁有類似太陽的核聚變反應機制。包括中國團隊在內，全球都將“人造太陽”作為解決人類能源問題的“終極答案”之一。

由於實現核聚變的原材料在地球上極豐富，且排放無汙染，如果能利用可控核聚變反應在地球上造出一個“太陽”，人類就如同擁有了一座原料不竭且無汙染的發電廠，從而實現水清天藍、能源永續。

人類能源問題的終極答案

核能的利用分為核裂變與核聚變兩類，由於反應原理不同，核聚變進度不及核裂變。

核裂變從實驗室走向裂變電站僅用了約10年。1939年，科學家首次揭示了鈾原子核的分裂現象;1945年，利用核裂變原理製造出的第一顆原子彈在美國阿拉莫戈多沙漠爆炸:3年後，第一座核裂變電站便在美國田納西州橡樹嶺實現發電。1951年，利用核聚變原理製造的氫彈在太平洋上的恩尼威托克島實現爆炸，然而至今70年人類依然未能實現可控核聚變發電。

可控核聚變本質是模擬太陽內部發生的氫核聚變反應，太陽之所以有源源不斷的能量，就在於其內部一直在進行大量的核聚變。

核聚變又稱核融合，是一種小質量原子的原子核互相聚合生成中子並伴著巨大能量釋放的熱核反應，可以產生大量的能量。可控核聚變意味著人們可以控制核聚變的開啟和停止，核聚變的反應速度和規模可以隨時被調控，相當於可控的人造太陽。

相比核裂變的鏈式反應，核聚變需要滿足的外部條件十分苛刻。

一是足夠高的溫度，需要施加大約1億℃高溫才能將兩個原子核變成等離子體，該溫度相當於太陽核心溫度的10倍，這對反應容器的耐受溫度提出極限挑戰;二是一定的密度這樣兩原子核發生碰撞的機率就大;三是一定的能量約束時間，等離子體在有限的空間裡被約束足夠長時間，以獲得淨功率增益，即產生的聚變功率與用於加熱等離子體的功率之比率。核聚變至少需要做到穩定執行240h才具備商業價值,而2023年4月創造的最高紀錄是EAST達到的403秒穩態高約束等離子體。

三者的乘積稱為聚變三乘積。根據勞遜判據，只有聚變三乘積大於一定值，才能產生有效的聚變功率輸出。

1968年後託卡馬克裝置成為可控核聚變的主流發展方向，託卡馬克在1958年由蘇聯科學家發明，主要由環形真空室、產生磁場的線圈和其他輔助設施組成。中央是一個環形真空室，裡面注滿氣體，外面纏繞著線圈。線圈通電後，會在託卡馬克內部產生巨大的螺旋型磁場，裡面的氣體將被電離成等離子體並形成等離子體電流。當等離子體被加熱到極高溫度後，便可實現核聚變。

託卡馬克約佔目前全球聚變裝置的50%，是最主流方案。從左下圖可以看到託卡馬克一直是聚變裝置的主流，截至 2024年，託卡馬克路線約佔全球聚變裝置的50%。託卡馬克、仿星器、雷射慣性、其他路線分別有 79 臺、23 臺、12 臺、45 臺。

近年來，除託卡馬克之外的技術路線增長比較快，目前還是多種技術路線並行探索開發階段。

目前全球主要國家均推出政策、採取行動推進核聚變的商業化程序，全球可控核聚變不斷取得技術突破，更接近聚變發電，而中國對於可控核聚變的商業化投入從 2022 年開始加速，多家公司積極佈局並取得重要進展。星環聚能和能量奇點等商業公司在核聚變裝置方面取得了突破性進展，星環聚能成為註冊資本規模最大的中國商業核聚變公司。

此外，中國還成立了由25家央企、科研院所及高校組成的可控核聚變創新聯合體，併發布了未來能源關鍵技術攻關任務，進一步推動了核聚變技術的商業化程序。