探索未來能源：緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）

在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，核聚變能因其清潔、高效、近乎無限的資源潛力，被視為解決人類能源危機(jī)的終極方案。作為人類追逐“終極能源”的前沿陣地，中國在可控核聚變領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，其中緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）項目更是成為全球矚目的焦點。該項目不僅是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置EAST（俗稱“人造太陽”）的升級版，更肩負(fù)著首次實現(xiàn)聚變能發(fā)電演示的歷史使命，有望率先建成世界首個緊湊型聚變能實驗裝置，為人類能源革命按下加速鍵。

01 項目背景：聚變能發(fā)展的戰(zhàn)略需求與全球競爭

隨著全球人口增長和工業(yè)化進(jìn)程加速，傳統(tǒng)化石能源的枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻。國際能源署預(yù)測，到2050年，全球能源需求將增長50%以上，而現(xiàn)有能源體系難以支撐這一需求。核聚變能以其燃料儲量豐富、反應(yīng)產(chǎn)物無污染、能量密度極高的優(yōu)勢，成為人類能源未來的理想選擇。每單位核聚變?nèi)剂厢尫诺哪芰渴呛肆炎兊?倍，比燃燒化石燃料高出近400萬倍，且反應(yīng)產(chǎn)物僅為氦氣和中子，不產(chǎn)生溫室氣體或放射性廢料，被譽(yù)為“終極清潔能源”。

當(dāng)前，全球核聚變研究呈現(xiàn)“多國并進(jìn)、技術(shù)分野”的格局。美國國家點火裝置（NIF）聚焦慣性約束聚變，通過激光轟擊靶丸實現(xiàn)瞬時高溫高壓；歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆（JET）和國際熱核聚變實驗堆（ITER）則以磁約束聚變?yōu)橹鞴シ较颍贸瑢?dǎo)磁體約束高溫等離子體。中國憑借EAST裝置在全超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)上實現(xiàn)突破，連續(xù)創(chuàng)造1.2億攝氏度101秒等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄，為BEST項目的研發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

作為中國聚變工程“三步走”戰(zhàn)略（實驗裝置—工程示范堆—商業(yè)堆）的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，BEST項目旨在突破EAST裝置在工程化應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸，首次實現(xiàn)聚變能發(fā)電演示，推動核聚變從實驗室研究向工程應(yīng)用跨越。其緊湊型設(shè)計不僅降低了建設(shè)成本，還為未來商業(yè)化聚變堆的模塊化復(fù)制提供了技術(shù)范式，標(biāo)志著中國在核聚變領(lǐng)域從“跟跑”向“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。

02 技術(shù)架構(gòu)：BEST裝置的核心系統(tǒng)與創(chuàng)新突破

BEST裝置總用地面積約16萬平方米，總建筑面積約15萬平方米，采用全超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線，通過優(yōu)化磁體系統(tǒng)布局和真空室結(jié)構(gòu)，將裝置體積較傳統(tǒng)設(shè)計縮小30%以上，同時維持等離子體約束性能。其緊湊化設(shè)計不僅降低了超導(dǎo)磁體和低溫系統(tǒng)的能耗，還顯著縮短了工程周期，為商業(yè)化應(yīng)用鋪平道路。

BEST裝置的主機(jī)系統(tǒng)由六大關(guān)鍵部分構(gòu)成，各系統(tǒng)協(xié)同工作，共同實現(xiàn)聚變反應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行與能量輸出：

主機(jī)杜瓦系統(tǒng)作為真空隔熱屏障，主機(jī)杜瓦采用雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充多層絕熱材料，確保超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在-269℃的低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。其真空度設(shè)計達(dá)到10?? Pa量級，有效阻隔外界熱輻射，為磁體系統(tǒng)提供“零熱耗”運(yùn)行環(huán)境。

冷屏系統(tǒng)由真空室冷屏和杜瓦冷屏組成的雙層熱屏蔽結(jié)構(gòu)，通過液氦循環(huán)冷卻，將磁體系統(tǒng)熱負(fù)荷降低至EAST裝置的60%，顯著減少制冷能耗。其表面鍍有高反射率涂層，進(jìn)一步提升熱輻射屏蔽效率。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)包含縱向場磁體（TF）、極向場磁體（PF）、中心螺管磁體（CS）和校正場磁體（CC），采用最新一代高溫超導(dǎo)材料（如REBCO帶材），最高磁場強(qiáng)度達(dá)15特斯拉，較EAST裝置提升30%。磁體系統(tǒng)通過智能控制算法實現(xiàn)毫秒級動態(tài)響應(yīng)，確保等離子體約束形態(tài)的精確調(diào)控。

內(nèi)饋線系統(tǒng)作為磁體系統(tǒng)的“能量動脈”，內(nèi)饋線采用超導(dǎo)母線與冷卻管路一體化設(shè)計，總長度超過500米，通過低溫氦氣循環(huán)實現(xiàn)-253℃的穩(wěn)定制冷。其創(chuàng)新性的無絕緣接頭技術(shù)，將饋線電阻損耗降低至傳統(tǒng)設(shè)計的1/10，大幅提升能量傳輸效率。

真空室系統(tǒng)采用雙層殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為316L不銹鋼，外層為碳鋼增強(qiáng)層，通過真空釬焊工藝實現(xiàn)無縫連接。真空室上開有128個功能窗口，用于安裝診斷設(shè)備、偏濾器維護(hù)及包層模塊更換，支持等離子體參數(shù)的實時監(jiān)測與動態(tài)優(yōu)化。真空室內(nèi)部包括包層系統(tǒng)：采用鋰鉛共晶合金（LiPb）作為增殖劑，通過中子俘獲反應(yīng)產(chǎn)生氚燃料，實現(xiàn)氚自持循環(huán)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計兼顧熱轉(zhuǎn)換效率與輻射防護(hù)，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)25%，較EAST裝置提升50%。偏濾器系統(tǒng)：采用鎢銅復(fù)合材料，通過主動水冷技術(shù)實現(xiàn)每平方米10兆瓦的熱負(fù)荷承受能力，有效排除雜質(zhì)粒子，維持等離子體純度。其創(chuàng)新性的“雪花”形靶板設(shè)計，將偏濾器壽命延長至傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的3倍。VS線圈系統(tǒng)：通過動態(tài)調(diào)節(jié)等離子體邊界形狀，抑制邊緣局域模（ELM）爆發(fā)，降低第一壁材料損傷風(fēng)險。其控制精度達(dá)0.1毫米級，為長脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供關(guān)鍵保障。

03建設(shè)挑戰(zhàn)：從“國之重器”到“世界首例”的跨越

BEST項目施工難度遠(yuǎn)超常規(guī)工程，被業(yè)界概括為“五超施工”，基礎(chǔ)筏板厚度達(dá)5米，單次澆筑混凝土量超1.2萬立方米，需克服地下水滲流與混凝土水化熱控制難題。

最重部件（如中心螺管磁體）重量達(dá)1200噸，相當(dāng)于1/6艘航空母艦，需采用模塊化吊裝與精密定位技術(shù)。部分墻體高度達(dá)45米，需通過智能張拉系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失率<3%，確保結(jié)構(gòu)抗震性能。采用300毫米厚預(yù)制混凝土墻板，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)毫米級拼接精度，滿足核級防輻射要求。主廠房跨度達(dá)120米，采用空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，通過有限元分析與風(fēng)洞試驗優(yōu)化節(jié)點設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

研發(fā)C60高性能混凝土，通過摻入納米級礦物摻合料與聚丙烯纖維，將水化熱峰值降低20%，裂縫控制寬度<0.2毫米。河鋼集團(tuán)舞鋼公司為項目定制生產(chǎn)3000噸特種鋼板，通過優(yōu)化軋制工藝與熱處理參數(shù)，實現(xiàn)-196℃低溫沖擊韌性>120J，滿足超導(dǎo)磁體系統(tǒng)嚴(yán)苛的力學(xué)性能要求。采用第三代高溫超導(dǎo)帶材繞制技術(shù)，單根磁體長度達(dá)5000米，通過無損檢測與磁場均勻性校準(zhǔn)，確保磁場偏差<0.1%。

04 戰(zhàn)略意義：從能源革命到全球科技競爭

BEST項目的成功實施將推動中國在以下領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，首次實現(xiàn)聚變能發(fā)電演示，輸出功率達(dá)50兆瓦，為后續(xù)工程示范堆設(shè)計提供關(guān)鍵參數(shù)。通過緊湊化設(shè)計與工程化驗證，將聚變堆建設(shè)成本降低至ITER的1/5，為2040年前后建成首座商業(yè)聚變堆奠定基礎(chǔ)。帶動超導(dǎo)材料、低溫系統(tǒng)、輻射防護(hù)等10余個高端裝備制造領(lǐng)域的技術(shù)升級，形成千億級聚變能產(chǎn)業(yè)集群。

BEST項目的緊湊化設(shè)計范式、氚自持循環(huán)技術(shù)等創(chuàng)新成果，有望成為國際聚變能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心參考。通過ITER框架與“一帶一路”科技合作計劃，推動中國聚變技術(shù)向東南亞、中東等地區(qū)輸出，構(gòu)建全球聚變能研發(fā)網(wǎng)絡(luò)。項目匯聚超2000名科研與工程人員，培養(yǎng)一批聚變物理、超導(dǎo)工程、低溫技術(shù)等領(lǐng)域的頂尖人才，鞏固中國在該領(lǐng)域的全球人才優(yōu)勢。

若BEST項目按計劃于2027年建成，人類將首次實現(xiàn)聚變能發(fā)電演示，這一里程碑事件將通過連續(xù)1000小時穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，證明聚變堆在發(fā)電效率、燃料循環(huán)、安全環(huán)保等方面的技術(shù)可行性。推動全球能源結(jié)構(gòu)從“化石能源—可再生能源”向“聚變能主導(dǎo)”的第三次轉(zhuǎn)型。

結(jié)語

緊湊型聚變能實驗裝置（BEST）項目不僅是中國科技自立自強(qiáng)的象征，更是人類探索“終極能源”的里程碑。從實驗室到工程化，從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)變革，BEST承載著破解能源困局、重塑人類未來的歷史使命。

———— /END　/ ————

往期速遞

聲明：素材取材于網(wǎng)絡(luò)，如有錯誤，不吝斧正。

歡迎關(guān)注我們并 星標(biāo)? ！喜歡，請點個推薦? ?? 。