中國核聚變大突破！緊湊型裝置2027年建成，有望全球率先實現(xiàn)發(fā)電

人類首次實現(xiàn)核聚變反應(yīng)是在1934年，由歐內(nèi)斯特·盧瑟福和他的助手馬克·奧利芬特共同完成，實現(xiàn)了人工氫聚變反應(yīng)。從人類首次實現(xiàn)人工核聚變到現(xiàn)在，已經(jīng)過去了90多年。近些年，我國在可控核聚變研究領(lǐng)域不斷取得重大突破，創(chuàng)造了許多世界紀錄。據(jù)中國工程院院士李建剛表示：5年內(nèi)將在中國看到“核聚變點亮的第一盞燈”。也就是說，距離人類利用核聚變實現(xiàn)發(fā)電已經(jīng)越來越近了！

核聚變的原理源自太陽內(nèi)部的能量生成機制：氫原子核在極端高溫高壓下聚合為氦，并釋放出巨大能量。與核裂變相比，核聚變零碳排放、無核廢料長期貯存風險。更重要的是，核聚變反應(yīng)具有“固有安全性”，一旦溫度或磁場條件不滿足，反應(yīng)會自動終止，徹底消除核泄漏風險。

太陽內(nèi)部的核聚變實現(xiàn)依靠自身的重力。而要在地球上實現(xiàn)可控核聚變，主要有兩種方式，一種是磁約束，一種是慣性約束。目前被看好的就是磁約束，該種聚變約束的實現(xiàn)有多種方案，包括托卡馬克、仿星器、磁鏡等。

我國近些年不斷取得重大突破的就是采用磁約束的托卡馬克裝置。托卡馬克在國際上也較為看好，許多國家都在研究。該裝置通過超導(dǎo)磁體產(chǎn)生相當于地球磁場強度數(shù)十萬倍的環(huán)形磁場，將等離子體懸浮在真空室內(nèi)，以維持聚變所需的高溫高壓環(huán)境，同時避免等離子體與內(nèi)壁接觸造成損毀，從而實現(xiàn)可控核聚變。

位于安徽合肥的全球首個全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置“東方超環(huán)”，自2006年建成以來，取得了許多成就。在2025年1月，更是以1億攝氏度等離子體運行1066秒的世界紀錄，將人類對可控核聚變的研究推向新高度。“億度千秒”實驗，成功驗證了等離子體長時間穩(wěn)定約束的工程可行性。

2020年建成，位于四川成都的“中國環(huán)流三號”托卡馬克可控核聚變大科學裝置，2025年3月在全球首次實現(xiàn)等離子體原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”突破，聚變?nèi)朔e“溫度-密度-約束時間”大幅躍升，讓托卡馬克裝置在實際操作上實現(xiàn)連續(xù)核聚變反應(yīng)成為可能。

這些成就標志著中國可控核聚變向工程化應(yīng)用邁出重要一步，更標志著人類距離“人造太陽”的終極能源夢想又近了一步。

雖說目前人類還未實現(xiàn)核聚變發(fā)電，但工程可行性已經(jīng)獲得充分驗證。目前我國的新一代托卡馬克聚變裝置“緊湊型聚變能實驗裝置”，正在安徽合肥加速建設(shè)，計劃2027年建成，不僅要實現(xiàn)能量增益，還有望在全球率先實現(xiàn)聚變能發(fā)電。該裝置可利用聚變產(chǎn)生的中子轟擊鋰包層，實現(xiàn)氚自持循環(huán)；并且還采用了模塊化設(shè)計，為商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

此外，由中核集團與聯(lián)創(chuàng)光電聯(lián)合推進的“星火”聚變項目，計劃在2030年前建成全球首座聚變 - 裂變混合發(fā)電廠。而由科技部基礎(chǔ)司推動，集合了全國眾多頂尖科學家參與設(shè)計的中國聚變工程實驗堆項目也已啟動，計劃在2035年建成，目標是建設(shè)首個核聚變示范電站。該裝置將讓輸出能量遠超輸入能量，實現(xiàn)聚變發(fā)電并接入電網(wǎng)，達到商業(yè)化門檻。

除了我國，美國、歐盟、俄羅斯、日本等也在加緊推進核聚變項目，其中能與我國形成爭峰之勢的便是美國。

目前美國多家企業(yè)正在建設(shè)聚變發(fā)電廠。例如，美國核聚變能源公司Helion正在華盛頓州建設(shè)全球首座商用核聚變發(fā)電廠，聲稱要在2028年開始發(fā)電。該公司采用的是磁慣性聚變方案，這種方案結(jié)合了磁約束聚變和慣性約束聚變的特點，不過聚變反應(yīng)只能脈沖式進行，靠不靠譜還不好說。而美國麻省理工學院孵化的CFS公司，計劃在弗吉尼亞州建造聚變發(fā)電廠，采用托卡馬克方案，預(yù)計2030年代初建成并投入發(fā)電。

美國在激光慣性約束研究上全球領(lǐng)先，但慣性約束的商業(yè)化路徑比磁約束更遙遠。美國能源部在2022年宣稱，加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室采用激光慣性約束路線的核聚實驗裝置“國家點火裝置”，首次成功在核聚變反應(yīng)中實現(xiàn)“能量增益”。實際上，這個所謂的“能量增益”水分很大！維持聚變反應(yīng)的整個激光系統(tǒng)的能耗高達300兆焦，遠超靶丸1.05兆焦的增益部分。

目前以托卡馬克為代表的可控核聚變在工程上已經(jīng)具備可行性，未來如果能夠讓聚變反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定運行用于發(fā)電，并讓輸出能量遠大于輸入能量，那么就可以接入電網(wǎng)商用了。從現(xiàn)階段各國的進展來看，樂觀估計5年之內(nèi)人類就能夠?qū)崿F(xiàn)聚變發(fā)電。而能率先實現(xiàn)聚變發(fā)電的國家，大概率是中國或者美國。不過就算能發(fā)電，也不要過于樂觀，要實現(xiàn)可控核聚變大規(guī)模商用，可能要等到2050年左右！