可控核聚變：點亮人類未來的“人造太陽”

你是否曾夢想過擁有自己的“小太陽”？這聽起來或許像科幻小說中的情節，其實在科學家的努力下，“人造太陽”——可控核聚變正逐步從實驗室走向現實。可控核聚變是將輕小的原子核在極高溫度和壓力下融合成更重的原子核，這個過程能釋放出巨大的能量，就像太陽每天為地球提供光和熱一樣。可控核聚變不僅代表著一種清潔、高效、幾乎取之不盡的未來能源，也預示著人類在能源革命道路上取得重大突破的可能性。

核聚變基礎原理——原子碰撞釋放能量的奇跡

你有沒有想過，太陽每天發光發熱的秘密是什么？在太陽的核心，由于極端高溫和極高壓力，數以億計的氫原子核不斷相互碰撞并融合成氦原子核。每當這種融合過程發生時，就會釋放出巨大的能量——這就是核聚變的神奇之處。

核聚變技術不僅幫助我們理解太陽是如何持續發光發熱的，也讓我們看到了人類利用核聚變作為清潔能源這一構想的無限潛力。核聚變技術由于幾乎不產生長期放射性廢料，非常環保，而且燃料來源廣泛，為未來提供了幾乎無窮無盡的能源可能。

目前，可控核聚變有兩條主流技術路線，分別是慣性約束和磁約束。這兩種技術路線各有優勢，且有著不同的應用場景和發展方向，并不存在路線之爭或替代關系。

慣性約束核聚變——激光點燃微型恒星

慣性約束核聚變的基本原理可以形象地比喻為“激光點燃微型恒星”。慣性約束核聚變是一種利用強大激光或粒子束在極短時間內將燃料球快速壓縮至極高溫度和壓力，從而觸發原子核融合并釋放出巨大能量的技術。

在這一過程中，科學家會用多個高能激光或粒子束同時照射一個微小的燃料球，這個燃料球通常由氘和氚組成。激光能量在極短的時間內將燃料球迅速壓縮，使燃料內的溫度和壓力達到足以克服原子核間相互排斥力的條件，進而促使原子核快速融合為較重的核。這一過程非常迅猛，就像瞬間點燃一顆微型恒星，每一次核融合都釋放出大量能量，為實驗提供了驗證核聚變可行性的關鍵數據。

慣性約束核聚變技術具有能量釋放快速、設備緊湊和操作相對簡便的顯著優勢。激光聚變的本質是引爆微型氫彈，且只能脈沖運行，無法穩態輸出能源。在應用場景上，慣性約束核聚變主要用于科學實驗和原理驗證，未來有望在基礎科學研究及深空探索中發揮作用。

美國國家點火裝置（NIF）于2022年實現了1.53倍的能量增益，截至2025年10月已完成9次點火，并制造出了迄今為止最亮的X射線源，使產出效率提高了1倍。中國于2015年建成的“神光-Ⅲ”裝置輸出能力位居世界第二，這標志著我國在該領域的研究規模和水平已躋身國際第一梯隊。

磁約束核聚變——磁場鎖定百萬度能量

磁約束核聚變是一種利用磁線圈布置的環形容器裝置，通過超強磁場構建“磁力牢籠”，將比太陽表面還要熾熱的帶電氣體（等離子體）牢牢“鎖”在容器中央，從而在受控環境下持續進行核聚變反應的技術。這種技術能長時間穩定運行，類似于給核聚變反應“裝上了穩固的保險帶”，使它有條不紊地釋放能量，為實現商業化發電打下堅實基礎。

磁約束核聚變具有可長時間穩定運行、適合大規模發電、不需要頻繁更換等離子體材料、產生的中子輻射和放射性廢物相對較少等顯著優勢。這些優勢決定了磁約束核聚變的能源用途——實現核聚變發電。

目前，國內外在磁約束核聚變領域都有重要進展。2025年1月，中國有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）首次完成了1億攝氏度、1 066秒的長脈沖高約束模式運行，創下了新的世界紀錄。2024年，新一代人造太陽“中國環流三號”項目在國際上首次發現并實現了一種先進磁場結構，對提升核聚變裝置的控制運行能力具有重要意義，為未來大規模核聚變發電打下基礎。業內專家預測，到2035年，中國有望迎來可控核聚變發出的第一度電。這為商業化應用描繪了一幅充滿希望的藍圖。

國際上，國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目是目前全球最大的磁約束聚變實驗工程，由多個國家聯合開展，現已進入關鍵設備測試和調試階段，這對實現超高真空環境和聚變反應至關重要。

挑戰與機遇——風雨兼程，共創輝煌未來

雖然可控核聚變被譽為未來的無限清潔能源，但要將這一“人造太陽”從實驗室帶入實際應用，科學家仍然面臨許多技術和經濟上的挑戰。目前主要有三大挑戰，分別是等離子體穩態運行、抗高熱和高能中子輻射材料、以及氚增值和氚自持。

除了這三大技術難題外，聚變堆的建設還面臨其他諸多困難。例如，目前國際社會尚未建立一套專門適用于聚變堆的安全法規和準則體系。這種體系的建設是一個長期過程，需要持續的時間積累和不斷的迭代改進。

盡管存在諸多難題，但正是這些挑戰激發了全球科技工作者不斷攻關和創新。國際合作、技術突破和不斷涌現的最新實驗數據，正為核聚變從實驗室走向實際應用鋪平道路。核聚變作為一種清潔能源，其過程幾乎不產生長期放射性廢料，同時燃料資源極為豐富，有望徹底改變全球的能源結構，推動新能源革命。新型超導磁體、人工智能控制系統及先進燃料的應用正在為突破現有技術瓶頸提供新的解決思路，這些創新都將助力核聚變技術向實用化、商業化邁進。

本文來源于《科技畫報》2025年第4期。李丹妮，上海市科學學研究所助理研究員。傅翠曉，上海市科學學研究所研究員。文章觀點不代表主辦機構立場。

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